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[拼音]:yuzhouxian

[英文]:cosmic rays

来自地球之外的高能粒子流。1912年黑斯(V.F.Hess)在测量天然放射性时,发现空气中有铅砖遮蔽不了的放射线,随后进一步实验发现,这种剩馀放射性的强度随离地面的增高而增强,便推断它来自地球之外的宇宙空间,故取名宇宙线。宇宙线原先是指能进入地球大气层的高能粒子流,对质子来说,能量至少在500兆电子伏以上。随著空间探测技术的发展,它的概念已扩大到较低的能量。凡是来自地球以外的能量较高的粒子,例如质子,能量超过104~105电子伏,都称为宇宙线。

初级和次级宇宙线

宇宙线主要由氢原子核(质子)、氦原子核(α 粒子)、少量其他原子核、电子和γ光子等组成,称为初级宇宙线。初级宇宙线与地球大气相互作用产生的次级质子、介子、中子、光子、电子以及其他核子和基本粒子等统称为次级宇宙线。

初级宇宙线大部分来自银河系和太阳,分别称为银河宇宙线和太阳宇宙线;而其中的低能部分,还有既非起源于银河系、也非起源于太阳的氧成分特别丰富的异常宇宙线成分。初级宇宙线的低能部分易受太阳活动的影响,强度发生变化,称为宇宙线太阳调制。在地磁场作用下,宇宙线粒子强度也会有所变化,称为宇宙线地磁效应。此外,次级宇宙线受到地球大气引数变化的影响,称宇宙线大气效应。这些变化总称为宇宙线强度变化。

宇宙线的研究

涉及三大领域,即高能物理、天体物理和空间物理。

(1)高能物理方面,研究高能宇宙线与地球大气原子核相互作用及产生基本粒子的过程;

(2)天体物理方面,研究天体中发生的高能过程和宇宙线的起源问题;

(3)空间物理方面,研究宇宙线的成分、能谱、强度变化、宇宙线的传播、调制和加速过程。

宇宙线空间物理研究的发展

大体经历以下 3个历史阶段。

(1)宇宙线发现时期。1912年至30年代初期,黑斯的实验首先发现宇宙线随高度、地磁纬度及入射方向而变化,说明它受到地磁场的影响,所以它一定是带电的。在这期间,F.C.M.史笃默为了解释极光,研究了带电粒子在偶极磁场中的运动,奠定了宇宙线地磁效应的理论基础。

(2)宇宙线强度地面观测时期。30年代初期,开始用电离室长期连续记录宇宙线强度变化。国际地球物理年期间在全球范围建立了中子堆及μ介子望远镜台站观测网,到60年代中期国际太阳宁静年期间又发展成统计精度更高的超中子堆和大型闪烁谱仪。在这期间利用飞机、船只、气球和探空火箭对宇宙线强度、成分和能谱进行了广泛的观测。这些观测发现了宇宙线强度变化的基本规律,及其与太阳活动和地磁扰动之间的关系。在观测的基础上形成了宇宙线大气效应的理论;在地磁效应研究的基础上,建立了更接近于实际的地磁场模型;也开始了研究宇宙线太阳调制和起源的理论,并作出行星际空间存在螺旋磁场的科学推断。所有这些使宇宙线的研究迅速发展成为空间物理学的活跃领域。

(3)宇宙线空间探测时期。由于宇宙线对飞行器和人体有相当的损伤作用,在早期的空间探测专案中,宇宙线佔有重要地位。携带核辐射探测器的卫星意外地发现了地球辐射带,促进了一门新兴的学科──磁层物理的建立。随著载人飞船的成功发射,开始了太阳质子事件的研究与预报。利用各种型别的核探测器,在行星际空间对宇宙线,尤其是太阳宇宙线进行了多年的连续监测。行星际飞船探测促进了宇宙线在日球的传播和加速理论迅速发展,成为日球物理的重要组成部分。另一方面,在这个时期兴起的宇宙线光子成分、X射线和 γ射线的空间探测的发展,也使当代物理学的基本问题之一──宇宙线起源问题的研究变得活跃起来。(见彩图)

参考书目

A.W.Wolfendale,Cosmic Rays,George NewnesLimited,London,1961.

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