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原文標題：The Explosive Truth About Cosmic Rays 原文作者：Corey S. Powell 來自：Discover,；發(fā)表時間：2013.4.3 翻譯：faith 審校：Linq
對于這個問題,，物理學家們已經(jīng)糾結(jié)了一個世紀之久,，但是就在過去的 幾個月里，他們在邁向一個合理答案的 路上取得了非凡的 進步,。之所以耗費了如此漫長的 時間,，是因為研究者這一路上必須跨越許多障礙——甚至連要怎么定義他們所研究的 東西都是十分讓人困惑的 ,。一般官方上會把這些顆粒稱為“宇宙射線”，盡管它們根本就不是射線,，而是以極高的 速度移動的 原子碎片,。這些碎片極難研究，因為它們不沿直線傳播,。它們帶電,，所以會沿深空中幾乎無處不在的 蛇狀磁場線彎曲。一束特定的 宇宙射線在到達地球時候的 路徑,，和它來自哪個方向沒有任何關(guān)系 ,。觀察宇宙射線就像是把望遠鏡對準了一個裝滿了哈哈鏡的 房間。 然而宇宙射線依然是令人振奮的 東西,，因為它們直接記錄下了在宇宙中活動最瘋狂,、高能、激烈的 地方所發(fā)生的 事件,。它們是被大質(zhì)量年輕恒星 ,、超新星 爆炸、類星 體和黑洞一腳踹出來的 ,。最強有力的 宇宙射線能量高得甚至挑戰(zhàn)到了物理去解釋它們形成機制的 極限,。這就說明了，在1912年維克托·赫斯的 氣球第一次證明來自天空中各個方向的 神秘射線的 存在之后,，為什么那一小撮堅強的 研究人員會一直被宇宙射線困擾了那么久,。 名為超虎（Super-TIGER）的 實驗做出了一些貢獻，它在12月和1月進入了南極洲上空的 平流層,，圍繞南極轉(zhuǎn)了55天,。該實驗被三千九百萬立方英尺的 氦氣球送入距地25英里的 地方去觀察天空。它的 探測器重點觀測了重宇宙射線：那些來自高度演化,、正走向死亡的 沃爾夫—拉葉型星 ,，比鋅更重的 原子。最新的 實驗結(jié)果依然處在分析研究階段,。（在下一期雜志《發(fā)現(xiàn)》的 Out There板塊我會介紹更具體的 細節(jié),。）但是來自TIGER——先前一個更小型的 任務——的 數(shù)據(jù)清楚地顯示，極富有戲劇性的 沃爾夫-拉葉星 與宇宙射線的 起源有著內(nèi)在聯(lián)系 ,。 2012年12月,，為了理解徹底理解宇宙射線，Super-TIGER實驗在南極洲準備升空,。 圣路易斯華盛頓大學的 Robert Binns幫我補充了一些細節(jié)：“沃爾夫-拉葉相是大質(zhì)量恒星 演化的 一個階段,，此時會有極高速的 星 風，在非常短的 時間內(nèi)吹走大量物質(zhì),。這一階段維持時間約100,000年,，在接近結(jié)束時,，大質(zhì)量恒星 的 星 核坍縮，要么發(fā)生超新星 爆炸,，要么坍縮為黑洞,，”他說，“我們認為,，最初加速宇宙射線的 是來自這些超新星 爆炸的 沖擊波中的 磁場,。而這些物質(zhì)本身，我們認為,，有一部分是星 風,，它們在爆炸前被吹出，然后搭了那些膨脹的 沖擊波的 順風車,，也有一部分是來自那個區(qū)域附近的 普通星 際介質(zhì)、氣體和塵埃,?！?br>如果Binns是對的 ，那么他所研究的 原子粒子就恰好是被遙遠的 超新星 爆炸——亮度驟然達到太陽亮度數(shù)十億倍的 爆炸——所掃蕩出來的 那些粒子,，它們在撞上Super-TIGER的 探測器之前在空間里穿越了數(shù)百光年,。另有兩個近期研究支持這一觀點。 其中一個來自于美國宇航局的 費米空間望遠鏡,。不像Super-TIGER,，費米是不能直接觀測宇宙射線的 。但是當宇宙射線隨機地與那些安靜地漂浮在太空中的 氫原子相撞時,，會發(fā)生鏈式反應產(chǎn)生伽馬射線,，而費米恰好能夠探測伽馬射線（它和可見光相似，但是能量比可見光高幾百萬到幾十億倍）,。這些伽馬光就像是能夠指示原子在哪里被電離的 示蹤物,。換句話說，費米能夠取走哈哈鏡,，讓我們看到宇宙射線是從何處發(fā)出的 ,。 由斯坦福大學和卡弗里研究所的 Stefan Funk領(lǐng)導的 一個大團隊使用費米望遠鏡進行追蹤，發(fā)現(xiàn)有一些宇宙射線起源于兩個不尋常的 星 系 ,，名為劍魚座（IC 443）和W44,。兩個都在之前被定義為超新星 爆炸遺跡，且兩個遺跡都與那些已經(jīng)經(jīng)歷過了沃爾夫-拉葉相的 大質(zhì)量恒星 相關(guān),。宇宙射線的 尾部指向這些地方的 發(fā)現(xiàn)與Binns和其他一些人的 結(jié)論相呼應,，即他們認為，事實上,，超新星 爆炸會攪動原子并將它們拋出星 系 ,。Funk情不自禁地將本次發(fā)現(xiàn)稱為“冒煙的 槍”（即確鑿的 證據(jù)）——這是科學家用以闡述一次成功的 觀測活動所使用的 獨一無二的 詞匯,。 如果費米的 數(shù)據(jù)是確鑿的 證據(jù)，那么另一項研究也算得上是找到了指紋,。塞爾維亞的 天文學家,，Sladjana Nikolic，來自德國海德堡大學馬克斯·普朗克天文研究所的 一名在讀博士生,，和她的 同事找出了另一可見證據(jù),，從中我們能知道宇宙射線是在何處、如何電離的 ,。使用智利的 甚大望遠鏡（雖然名字普通,，但是它算得上是世界上最大的 望遠鏡、最令人稱奇的 儀器之一）,，她瞄準了另一個名為SN1006的 超新星 遺跡,。在快速擴張的 氣體云外邊緣，即理應是沖擊波正面的 地方,，她觀測到了熾熱的 電離氫原子核,。它們幾乎肯定就是在數(shù)百萬年后到達地球，在Super-TIGER和其他實驗中被觀測到的 那種宇宙射線的 老祖宗,。 SN 1006,，一千年前的 星 際爆炸以及，被指為宇宙射線之源,。上面的 圖片是無線電,、可見光和X射線的 合成圖。 要理解宇宙射線到這種程度需要經(jīng)歷一個漫長而痛苦的 過程,，但是這一理解的 意義是深刻的 ,。在以前，當我抬頭望向夜空時,，我總覺得它寒冷而遙遠,。這些星 星 我與我的 生命毫不相干，無論是在空間里還是在時間里?，F(xiàn)在,，我知道我錯了。遙遠恒星 的 碎片正在不停地轟擊地球的 大氣層,。它們和空氣混在一起,。也就在此刻，我將它們吸入了我的 體內(nèi)——你也一樣,。誕生于更早期恒星 的 其他原子也同樣是這樣穿越空間旅行的 ,。五十億年前，它們與那一片坍縮形成了太陽、地球和其他行星 的 星 際云相混合,。正如Carl Sagan（卡爾·薩根,，著名的 天文學家和科普家）具有劃時代意義的 《宇宙》系 列著作中所強調(diào)的 ，“我們DNA中的 氮,，牙齒里的 鈣,，血液中的 鐵和我們蘋果派里的 碳都是在坍縮恒星 的 內(nèi)部被創(chuàng)造出來的 。我們是星 星 做的 ,?！庇钪嫔渚€看起來很神秘，但是每一束射線都在提醒我們,，我們是誰,，我們來自哪里。 （全文完） |
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