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宇宙線 - 维基百科,自由的百科全书

宇宙うちゅうせん

重定しげさだこう宇宙うちゅうしゃ线

宇宙うちゅうせんまたたたえため宇宙うちゅうしゃ线(Cosmic ray)、宇宙うちゅう輻射ふくしゃ(Cosmic radiation),そとふとむなしてき帶電たいでんだかのう原子げんし粒子りゅうし。它們可能かのうかいさんせい二次粒子穿透地球的大氣層和表面。せん這個名詞めいしげん於曾みとめため電磁でんじ輻射ふくしゃてき歷史れきし主要しゅようてき初級しょきゅう宇宙うちゅうしゃせんらいふかふとむなしあずか大氣たいきそう撞擊てき粒子りゅうし成分せいぶんざい地球ちきゅうじょう一般都是穩定的物質ぶっしつてき粒子りゅうしぞうしつ原子核げんしかくある電子でんしただしゆう非常ひじょうすくなてき比例ひれい穩定てきはん物質ぶっしつてきはん粒子りゅうしぞうはん原子核げんしかくせい電子でんしあるはんしつ,這剩あまりてきしょう部分ぶぶん研究けんきゅうてき活躍かつやく領域りょういき

宇宙うちゅう线對のう量的りょうてきぶん佈。

大約たいやく89%てき宇宙うちゅうしゃせん單純たんじゅんてきしつ,10%原子核げんしかくそくαあるふぁ粒子りゅうし),かえゆう1%是重これしげ元素げんそ。這些原子核げんしかく構成こうせい宇宙うちゅうしゃせんてき99%。孤獨こどくてき電子でんしぞうβべーた粒子りゅうし,雖然らいげん仍不清楚せいそ),構成こうせい其餘1%てき絕大ぜつだい部分ぶぶんγがんませんかずちょうこうのうほろ中子なかごただ佔極しょうてきいち部分ぶぶん

粒子りゅうしのう量的りょうてき多樣たよう顯示けんじ宇宙うちゅうしゃせんゆうちょこう泛的らいげん。這些粒子りゅうしてきらいげん可能かのう太陽たいようある其它恆星こうせいあるらい遙遠ようえんてき宇宙うちゅうよし一些還未知的物理機制產生的。宇宙うちゅうしゃせんてきのうりょう超過ちょうか1020 eVとお超過ちょうか地球ちきゅうじょうてき粒子りゅうし加速器かそくき以達いたてき1012いたり1013 eV,使つかい許多きょたじんたいゆうさら大能おおの量的りょうてき宇宙うちゅうしゃせん感興かんきょうおもむき投入とうにゅう研究けんきゅう[1]

經由けいゆ宇宙うちゅうしゃせんかく合成ごうせいてき過程かてい宇宙うちゅうしゃせんたい宇宙うちゅうちゅう鋰、鈹、かず硼的さんせいふんえんじしる主要しゅようてきかくしょく。它們也在地球ちきゅううえさんせいりょう一些放射性同位素,ぞう碳-14ざい粒子りゅうし物理ぶつりてき歷史れきしじょうしたがえ宇宙うちゅう线中發現はつげんりょうせい電子でんし緲子πぱいかい宇宙うちゅうしゃせん造成ぞうせい地球ちきゅうじょう很大份的背景はいけい輻射ふくしゃゆかり於在地球ちきゅう大氣たいきそうがい磁場じばちゅうてき宇宙うちゅうしゃせん是非ぜひつね強的ごうてきいん此對維護航行こうこうざいくだりほしぎわ空間くうかんてきふとむなし船上せんじょうふとむなし人的じんてき安全あんぜんざい設計せっけいゆう重大じゅうだいてき影響えいきょう

成分せいぶん

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宇宙うちゅうしゃせんだい致可以分なりりょうるい原生げんせい衍生宇宙うちゅうしゃせんらい太陽系たいようけい外的がいてき天文てんもん物理ぶつりさんせいてき宇宙うちゅうしゃせんげん宇宙うちゅうしゃせん;這些げん宇宙うちゅうしゃせんかいほしぎわ物質ぶっしつ作用さようさんせい衍生(宇宙うちゅうしゃせん太陽たいようざいさんせい閃焰とき,也會さんせい一些低能量的宇宙射線。ざい地球ちきゅう大氣たいきそう外的がいてきげん宇宙うちゅうしゃせん確實かくじつてきなり份,けつ觀測かんそくのうりょうてき哪些份。一般いっぱん情況じょうきょう進入しんにゅうてき宇宙うちゅうしゃせんいく乎90%しつ,9%かくαあるふぁ粒子りゅうし),和大かずひろやく1%電子でんし。氫和氦核てき比例ひれい質量しつりょう氦核28%)大約たいやくあずか這些元素げんそざい宇宙うちゅうちゅうてき元素げんそゆたか(氦的質量しつりょう佔24%)あいどう

其餘豐富ほうふてき份是於恆ぼしかく合成ごうせい最終さいしゅう產物さんぶつてき其它じゅう原子核げんしかく。衍生宇宙うちゅうしゃせん包含ほうがん其它てき原子核げんしかく,它們豐富ほうふてきかく合成ごうせいあるだいばくてき最終さいしゅう產物さんぶつ。這些較輕てき原子核げんしかく出現しゅつげんざい宇宙うちゅうしゃせんちゅうてき比例ひれい遠大えんだい於在太陽たいよう大氣たいきそうちゅうてき比例ひれい(1:100粒子りゅうし),它們てきゆたか大約たいやく氦的10−7

這種ゆたかてき差異さい衍生宇宙うちゅうしゃせん造成ぞうせいてき結果けっかとう宇宙うちゅうしゃせん中重なかしげてき原子核げんしかくなり份,そく碳和氧的原子核げんしかくあずかほしぎわ物質ぶっしつ碰撞,它們分裂ぶんれつなり較輕てき鋰、鈹、硼原子核げんしかく(此過ほどしょうため宇宙うちゅうしゃせんきれ)。發現はつげんてき鋰、鈹和硼的のうらい碳或氧的さらためとんがぼそ,這個值暗示あんじゆう少數しょうすうてき宇宙うちゅうしゃせんきれよしさらだかのう量的りょうてき原子核げんしかくさんせいてき推測すいそく大概たいがいいんため它們したがえ銀河ぎんがてき磁場じば逃逸出來できてききれ也對宇宙うちゅうしゃせんちゅうてきはなれひとしてきゆたかせめ,它們宇宙うちゅうしゃせんちゅうてきてつ原子核げんしかくあずかほしぎわ物質ぶっしつ撞擊さんせいてきまいり天然てんねんてき背景はいけい輻射ふくしゃ)。

そく使つかい衛星えいせい實驗じっけん在原ありわら宇宙うちゅうしゃせんちゅう發現はつげんいちはんしつせい電子でんし存在そんざいてき證據しょうこただしぼっゆう複雜ふくざつてきはん物質ぶっしつ原子核げんしかくれい如反氦核)存在そんざいてき證據しょうこ在原ありわら宇宙うちゅうしゃせんちゅう觀測かんそくいたてきはん物質ぶっしつゆたか符合ふごう它們也能ゆかりげん宇宙うちゅうしゃせんざいふかふとむなしやわ普通ふつう物質ぶっしつ撞擊,ざい衍生宇宙うちゅうせんてきほどじょ中產ちゅうさんせいてき理論りろんれい如,一種在實驗室中產生反質子的標準方法是以能量大於6 GeVてきしつ撞擊其他てきしつ,而在げん宇宙うちゅうしゃせんちゅう很輕えきてき就有許多きょたしつてきのうりょう超過ちょうか這個すう值。無論むろんこれいやざい銀河系ぎんがけいちゅうとう簡單かんたんてきはん物質ぶっしつのう夠由這種ほどじょさんせいざい大氣たいきそうてき高層こうそう),它們仍可能かのう傳播でんぱ遙遠ようえんてき距離きょり抵達地球ちきゅう,而不かいざいほしぎわ空間くうかんちゅうあずか其他てき原子げんし碰撞而湮滅いんめつ。抵達地球ちきゅうてきはんしつ特徵とくちょう是能これよしりょう最多さいたただゆう2GeV,顯示けんじ它們さんせいてき過程かていざい基本きほんじょうあずか宇宙うちゅうしゃせんちゅうてきしつ截然せつぜん不同ふどうてき[2]

ざい過去かこにん們認ため宇宙うちゅうしゃせんてきつうりょうずいちょ時間じかんてき推移すいい一直是相當穩定。最近さいきんてき研究けんきゅう顯示けんじ,以1.5いたり2せんねんてき時間じかん尺度しゃくどゆう證據しょうこ顯示けんじざい過去かこてき40,000ねん宇宙うちゅうしゃせんてきどおりりょうゆう變化へんかてき[3]

研究けんきゅう历史

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发现

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赫斯ざい1912ねん8がつ一次气球飞行降落时的留影。

ずいとおる·贝克勒1896ねん发现放射ほうしゃせい大量たいりょう对辐しゃげんてき研究けんきゅう涌现出来でき,并在土地とちちゅうみず中和ちゅうわそら气中发现りょう放射ほうしゃせいぶつ质。あずか此同时,放射ほうしゃせいてき发现也推动了19せい纪末20せい纪初对だい气电がくてき研究けんきゅうとう时的研究けんきゅうしゃ们尝试用放射ほうしゃ线引おこりてき电离かい释为なんだい气中どう存在そんざい电荷相反あいはんてき离子电子[4]

对于引起电离てき放射ほうしゃ线的らいげんとう时有壳和外的がいてき不同ふどう论:とくこくてきしゅとしかのう斯·ほこり尔斯とくえいJulius_Elster汉斯·盖特尔えいHans_Friedrich_Geitel认为だい气中放射ほうしゃ线可能かのう土壤どじょう扩散いたむなし气中てき放射ほうしゃせい[5]C.T.R. 尔逊于1901ねん提出ていしゅつりょう放射ほうしゃ线来地球ちきゅう外的がいてき设想,ただしあずかとう时的实验结果しょう抵触ていしょく[6]

为了验证不同ふどうてきかり说,一种普遍的实验手段是在不同的海拔高度测量辐射水平。如果辐射げんらい壳,则随海拔かいばつますだかしょうかい观测到辐射强度きょうどてきくだひく[7]。1909ねん西奥にしおく·尔夫えいTheodor_Wulf开发りょう一种新型的灵敏便携的せい电计利用りよう该设备测りょうりょうほこり菲尔铁塔不同ふどう高度こうどてき电离密度みつど,并发现虽しかとう顶部てき电离密度みつどてい于地めんただし却高于预值。虽然尔夫てき实验并没ゆう取得しゅとく决定せいてき结论,ただし设计てきせい电计ざいきさき续的实验ちゅういたりょう广泛应用[8]ざい尔夫きさきゆういち系列けいれつ热气だま实验尝试ざいさらだかてき海拔かいばつ测量电离密度みつど包括ほうかつらいとくこくてき卡尔·はくかく维茨とくKarl_Bergwitzみずてきおもね尔伯とく·ほこかつとくAlbert_Gockel。这些实验发现りょう电离密度みつどずい高度こうどゆう一定いってい程度ていどてきくだていただしあずか辐射完全かんぜん壳这一假设给出的预测值并不相符。

大利おおとしてき气象がくうめ·帕奇あまえいDomenico_Pacini对辐主要しゅよう壳的观点ゆう怀疑态度。こう虑到すいのう吸收きゅうしゅういち部分ぶぶん辐射,ざい1910ねん1911ねん设计实验,ざい陆地じょう海面かいめんじょう和水わすい3めーとるふか处等不同ふどう地点ちてん对电离密度みつど进行りょうどう时测りょうよし于观测到ざい水下みぞおち电离密度みつどしょう对陆地上ちじょうゆうしょくだてい帕奇あまえいDomenico_Pacini认为存在そんざい相当そうとう一部分的电离应该是由地壳外的放射线造成的[9]

さい终为辐射げん问题提供ていきょう决定せい证据てき奥地おくち物理ぶつりがく维克たく·赫斯ざい1911ねん1912ねん进行りょう一系列热气球实验。ざい这些飞行ちゅう赫斯使用しよう尔夫しきしずか电计けい统性测量りょうちょくいた海拔かいばつ5300まいてき电离りつ观测到,ざい1000めーとる以下いか,电离りつ逐渐下降かこうただしずいきさき现明显上ますざい5000まい左右さゆう强度きょうど地面じめんてき两倍[10]ずいきさきとくこく物理ぶつりがく维尔纳·尔霍斯特えいWerner_Kolhörsterざい1913ねん1914ねんてき实验进いち发现ざい9300めーとる辐射水平すいへいかいじょうますいた地面じめんてき40ばい[11]もと于这些结はて赫斯とく结论,认为存在そんざい一种太空进入大气层的高穿透力射线[12]

よし于其“发现りょう宇宙うちゅう辐射”てき贡献,维克たく·赫斯获得りょう1936ねん诺贝尔物理学りがく[13]

早期そうき研究けんきゅう

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ふとし調節ちょうせつ

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ふとし阳调节(solar modulation)ゆびふとし阳或ふとし阳风あらため变进にゅうふとし阳系てき银河けい宇宙うちゅうしゃ线强度きょうどのう谱的过程。とうふとし阳处于活跃时そう安静あんせい时期,银河けいてき宇宙うちゅうしゃ线会较少てき进入ふとし阳系[14]もと于这个原因げんいん,银河けい宇宙うちゅうしゃ线与太よた阳一样遵从11ねん周期しゅうきただし不同ふどうてき:剧烈てきふとし阳活动对应低宇宙うちゅうしゃ线(进入ふとし阳系),たんまたしか

さがせ测方ほう

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宇宙うちゅうしゃ线中てき原子核げんしかく所以ゆえんのう够从们遥远的げん头一直到达地球,いん宇宙うちゅうちゅうぶつ质的てい密度みつど原子核げんしかくあずか其它ぶつ质有强烈きょうれつてきかん应,所以ゆえんとう宇宙うちゅう线接近せっきん地球ちきゅう时,便びん开始于大气层气体ちゅうてき原子核げんしかく撞击。ざいだい气簇しゃてき过程ちゅう,这些碰撞产生很多πぱいかいKかい,这些很快かい衰退すいたい为不稳定てきμみゅーよし于与だい气层ぼつゆう强烈きょうれつてきかん应以及时间膨胀的しょう对论せいこう应,许多μみゅーのう够到达地球ちきゅう表面ひょうめんμみゅーぞく于电离辐,从而以轻えき许多粒子りゅうしさがせ测器检测到,れい氣泡きほうしつある闪烁たいさがせ测器。如果μみゅーざいどう一时间被不同的探测器检测到,么它们很可能かのうげんどういちむらがしゃ

現在げんざいしんてきさがせ手段しゅだんのう够不どおり过大气簇しゃ现象さがせ测这些高のう粒子りゅうし,也就ざいふとし空中くうちゅう受大气层てき扰,直接ちょくせつさがせ宇宙うちゅう线,れいおもねなんじほう磁譜实验。

对太そら载人飞行てきかげ

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宇宙うちゅうしゃ线被地球ちきゅうだい气层かげ响,对地めんてき单个人的じんてき天然てんねんほんそこ辐射仅为0.3-0.4 mSv/y。ざい大氣たいきそうがい每秒まいびょう约有一個質子或更重的原子核穿過指甲大小的面積,そうとも每秒まいびょうやくゆう5000はなれつらぬけ穿ほじふとむなし人的じんてき身體しんたいだん体内たいないてき化學かがくかぎ,引起一連いちれんくし电离反應はんのうざい宇宙うちゅうしゃせんちゅう少數しょうすう較重てき原子核げんしかくかい造成ぞうせいしつさらだいてき傷害しょうがいいんためだん化學かがくかぎてき能力のうりょくあずか電荷でんか平方ひらかたしげるせいれい如,てつ原子核げんしかくしょ造成ぞうせいてき傷害しょうがいしつてき676ばい根據こんきょ美國びくにたいそらそうしょ(NASA)てき估計,ふとしそらじんざいふとし阳系内的ないてきふとし空中くうちゅう每年まいとし受到250 mSvてき辐射,たい內約ゆう1/3てきDNAかい宇宙うちゅうしゃせん切斷せつだん[15]ざい月面げつめん70-120mSv/y,きん轨道100mSv/y,范艾伦辐しゃ为15 Sv/y。太陽たいよう也會釋放しゃくほう大量たいりょうしつあずかじゅう原子核げんしかく,以接近せっきん光速こうそく噴出ふんしゅつゆう一小時內會逾數Sv,たいぼつゆうへいさわてきふとしそらじん致死ちしざいりょう

相關そうかん條目じょうもく

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ちゅう

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註解ちゅうかい

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參考さんこう資料しりょう

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  • A. M. Hillas, Cosmic Rays, Pergamon Press, Oxford, 1972 ISBN 0-08-016724-1
  • J. Kremer et al., Measurement of Ground-Level Muons at Two Geomagnetic Locations, Phys. Rev. Lett. 83, 4241, (1999).
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  • C. E. Rolfs and S. R. William, Cauldrons in the Cosmos, The University of Chicago Press, 1988. ISBN 0-226-72456-5
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  • HiRes Fly's Eye
  • Carlson, Per; De Angelis, Alessandro. Nationalism and internationalism in science: the case of the discovery of cosmic rays. European Physical Journal H. 2011. doi:10.1140/epjh/e2011-10033-6. 

外部がいぶ連結れんけつ

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