每天都有無數束宇宙射線在衝擊地球的大氣層，它們攜帶的能量加在一起比一次核爆炸還要多，驚訝的是我們完全不知道這種宇宙射線到底從何而來，也不知道它們的數量為什麼這麼多，更不知道這種高能輻射究竟是怎樣形成的，這些神秘的宇宙射線到底是什麼呢？我們又是為什麼被它們時時刻刻以巨大的能量攻擊呢？現在就來說說神秘的“宇宙射線”。
衝擊地球的“神秘能量”
“宇宙射線”這個叫法可能有點故弄玄虛了，它只不過是一種來自太空的粒子，恆星還有其他的天體都在不斷地向地球發射各種各樣的東西，包括光子、質子、中微子甚至某些重離子。
我們的太陽就會產生很多太空粒子，我們都知道太陽會發光，但是除此之外它還會發出很多高能的光子，比如紫外線、伽馬射線等等，這些射線會穿透你的身體並且誘發癌症，但是這些都無法和來自太陽聚變爐的中微子相提並論，每秒鐘都有數以千億計的中微子從你的指尖掠過，不過中微子幾乎不和其它物質發生作用，所以你也感覺不到它，也不用為此擔心。
一般來說在1000億粒的中微子裡，只有一個會與你拇指中的一個粒子相接觸，而剩下的絕大多數中微子都會不經過任何相互作用，它們會直接穿過地球，所以你躲不過鋪天蓋地的中微子，但是中微子也不會主動接近你。
還有更重要的帶電粒子，它們會對人體構成危險，質子還有原子核就是這種粒子，高能的質子它的能量足以撕裂人體。
除此之外，太陽像巨大的火球一樣難以預測，大多數的時候它對我們屬於是能量供給者，給我們帶來光明和溫暖，但是呢，有時候它也會因能量過剩，從而出現太陽“耀斑”。“耀斑”會將等離子束髮射到遙遠的太空，並且釋放出額外的有害粒子。
關鍵是每時每刻都有無數太空粒子在打擊著地球，而且它們攜帶著很多能量，不過幸運的是地球上的我們得到了大氣層的保護，大部分擊中地球的高能粒子都與覆蓋在地球表面的空氣，還有氣體分子發生了猛烈的碰撞，並且分解掉了，從而形成了大規模的“低能粒子雨”，但是，這種保護只在地球的表面起作用。
舉例說明：
北極光或者南極光是從哪兒來的，它們就是“宇宙射線流”被北極和南極的磁場偏轉而發出的光。
北極光
- 粒子·能量級別
在地球的表面上製造高速粒子的世界紀錄是由歐洲大型強子對撞機保持的，這臺機器能將粒子加速到10萬億電子伏特，太空粒子攜帶的能量更加令人驚奇，宇宙粒子就是每時每刻都在帶著10萬億電子伏特，這個級別的能量衝擊著地球。
歐洲大型強子對撞機
- 粒子·衝擊頻率
每秒，每平方米有一個10萬億電子伏特的高能粒子衝向地球，地球那麼大，每秒鐘都有海量的高能量粒子與對撞機一樣的高能量衝向地球。
更高能量擊中地球的“宇宙射線”
“宇宙射線”的速度特別快，大型強子對撞機加速的粒子與其相比，就像是緩慢爬行的小嬰兒，目前來自宇宙的最高能粒子，它攜帶的能量是大型強子對撞機制造的最高速粒子能量的200多萬倍，這是有史以來記錄最快的太空粒子，物理學家戲稱它為“ Oh My God particle”也就是“我的天啊·粒子”。
帶有高能量的粒子還特別常見，每年大約有5億個這樣的粒子到達地球，也就是說，每天都有上百萬個或者每秒有300個，此時此刻，當你在看這篇文章的時候，就有1000個這樣的粒子擊中了地球，它們攜帶的能量差不多是20億輛大卡車。
但是，關於能量如此之高的粒子，這裡有一個令人震驚的事實，我們居然不知道宇宙中有什麼東西可以發射出這麼高能的粒子，我們每天被數以百萬計的超高能粒子連續轟炸，卻不知道它們是怎麼來的，每天每時每刻都要接收到這些極端情況下才能產生的粒子，表示大惑不解。
高能粒子
- 太空中的粒子最快能達到什麼速度？
基於目前目前對宇宙裡事物的瞭解，太空中粒子所能達到的最高能量也比每天擊中地球的那些超高能粒子弱上上千倍。
舉例說明：
如果你買了一輛跑車，賣跑車的經銷商告訴你，他賣給你的車最高時速是200邁，結果你把它開到了20萬邁的時速，而且這個地球上所有的跑車都是20萬邁的時速，你就會得出結論，世界級的跑車專家也所知有限。
宇宙射線的情況就是這樣的，我們沒辦法與宇宙中我們所知的任何道理解釋擊中地球的宇宙射線的能量級，這就意味著宇宙中一定存在著某種我們還不知道的“新天體”。
最讓人迷惑的事情其實就發生在我們身邊，我們自以為對宇宙已經有所瞭解了，對星空也觀測了幾個世紀了，還製造了高精度的工具，但是，宇宙中仍然存在我們從來沒見過的東西，這些帶有高能量的宇宙射線來自哪裡，對我們來說仍然是一個未解之謎。
“粒子”藏著源頭的線索，我們可以研究這個謎題
下面就來說說這個研究的過程：
如果有一個物體正在向地球發射超高能量的某種物質，首先要做的就是四處探索“超高能量的某種物質”是從哪裡發過來的，這些高高能粒子是否來自某種恆星呢？它們是不是來自於某一個超大質量的黑洞呢？它們又是不是來自某一個外星世界呢？或者它們是從四面八方來的呢？幸運的是，這些粒子的能量越高，我們就越能順著他們的方向找到他們的來源。
因為，能量充沛的粒子不容易被沿途上的磁場或者引力場影響或者彎折方向，但是呢，要想弄清楚它們究竟從何而來，還需要一些實力，這就像尋找屋頂上的狙擊手，他們射擊的次數越多，我們就越容易找到他們。
- 確定這些宇宙射線來源的難點在哪呢？
在於地球是一個相當大的目標，即使每天都有數百萬宇宙射線擊中地球，安裝好探測器並且在正確的時間捕捉到它們也是很困難的，每秒鐘都有幾百個粒子擊中地球，但是呢，地球是一個非常大的地方，我們就很難預估這個粒子，到底它會擊中什麼地方，和大型強子對撞機能量級差不多的粒子，差不多每平方公里每秒鐘有1000個達到地球表面，而更高能量級的粒子就比較稀少，每年每平公里會掉落一個，這個就讓弄清它們從何而來變得非常困難。
因為就算建造了非常大的探測器，它捕捉到高能粒子的機會也是非常渺茫的。迄今為止所有宇宙射線望遠鏡探測到的超高速粒子加在一起也不算特別多，所以，直到現在還沒辦法準確的為這些宇宙粒子定位源頭。
- 源頭線索
我們確實掌握了一條重要的線索，它們不可能來自很遠的地方，可見光可以傳播數10億公里，而不會散射或者減速，所以我們能看到遙遠的星星，太空在我們看來清澈而空曠，但是對於高能帶電的粒子來說，在太空中穿行，組成了宇宙幼年圖景的光，也就是宇宙的微波背景，使整個宇宙充滿了一種“光子霧”。
宇宙射線和“光子霧”會發生作用，很快就會被減慢速度，一個 10^ 21電子伏特能量級的粒子，只要經過幾百萬光年的自然減速，能量就會降低到10^ 19電子伏，差不多就是降低了100倍，那這個意味著什麼呢？
這就意味著我們能看見的超高能粒子一定來自比較近的區域，否則“光子霧”就會讓它們減速，如果它們來自非常遙遠的地方，那麼唯一的可能就是它們出發時攜帶了更高的，高得離譜的能量，排除這種極端的情況，那就得出結論：
無論是什麼物質發出了這些高能的粒子，它們一定在我們星系臨近的區域，這個就是一條有用的線索，因為它把太空中某個巨大的部分移出了討論範圍，但是，從科學的角度而言，可供討論的空間範圍還是很大的，總而言之，這些線索意味著某個臨近的天體正在向我們發射高能離子，而我們不知道它是什麼東西，顯然宇宙中還有很多新鮮的事物等著我們去發現。
觀察粒子
當一個超高能的粒子撞擊大氣層頂部的時候，它一定會與很多氣體分子碰撞之後才能到達地球表面，當一個110^ 20電子伏特的粒子撞擊了大氣裡的一個分子時，它會一分為二，它的能量也會平分給兩個粒子，這時兩個粒子隨後又會撞擊其他的分子，產生擁有1/4能量的4個粒子，以此類推，最後大概會有幾萬億個帶有10^ 9電子伏特能量的粒子在一瞬間衝到地球的表面，這種“粒子雨”範圍一般有2000米，主要是由高能的光子、電子、正電子、膠子組成，這所以能知道有超高能的粒子撞擊地球，就是因為在大的範圍內觀測到“粒子雨”。
- 觀測
觀察大範圍的超高能“粒子雨”需要非常大的望遠鏡，幸運的是我們不需要建造超級寬的粒子探測器，讓很多較小的粒子探測器以“點陣”的形式分佈在一大片空地上，比如 阿根廷就有一個叫“皮埃爾·奧傑”的宇宙射線觀測站，在一片3000平方公里的土地上裝上，大概1600臺粒子探測器，這種方法，非常適合觀察超高能宇宙射線所產生的“粒子雨”，聽起來規模很大，事實也確實是這樣，但是在一平方公里的範圍內超高能粒子每千年才會出現一次，所以即使覆蓋了3000平方千米的範圍，“粒子雨”的現象每年也只能探測到幾次，數10年的觀察都不一定能解開這個謎題，因此宇宙學的科學家還需要一點運氣才能獲得比較高的成就。
這裡還有一個非常有趣的想法，可以試著尋找已經為其他用途建造起來的現成設備，然後把它改造成宇宙射線的望遠鏡這種望遠鏡需要滿足一下幾個條件：
- 第一個：視野要覆蓋全球。
- 第二個：它的價格要低。
- 第三個：已經建造並佈置完畢。
你可以花點時間思考一下這個問題是不是可能？
答案現在就在你手中，它就是我們的“智能手機”，事實上智能手機的數碼相機就可以用來探測粒子，讓它們變得對由高能粒子撞擊大氣層而產生的“粒子雨”非常敏感，它們可以編程，可以聯網，可以定位。
如果這些智能手機通過運行APP開啟一個攝像頭，並且探測粒子，那它們就可以在為分佈廣泛覆蓋全球的宇宙射線探測網絡，在夜間的時候運行這個APP，那麼由此形成的網絡就可以觀察到更多我們原本有可能錯過的高能宇宙射線，運行這個APP的人越多，這個網絡就越大，收集的宇宙射線就越多，說不定，你也能為這項研究貢獻力量。也許，你一直想成為天體物理學家，那如果這個瘋狂的想法有效，你就能參與破解宇宙的謎題了。
粒子雨
- 那這樣的手機軟件有沒有呢？
現在還真的有，其實在2014年的時候在美國就被開發出來了，這款名字叫“Crayfis”的手機應用程序，感興趣的話可以去研究一下。
觀點·解釋
這些粒子攜帶的高能量，天體物理學家無法用已知的物體去解釋這麼高的能量的來源，如果大開腦洞，想想有可能發生這種高速粒子的新型物體，那他們會提出很多有趣的想法，其實天體物理學家是一群很有創意的人，但是目前探索太空的歷史告訴我們，宇宙比天體物理學家更有創意，以下是有可能解釋這個問題的幾個觀點：
- 第1個：超大質量的黑洞。
一個流行多年的解釋是這些高能粒子來自星系中心無比強大的黑洞，這些黑洞的質量比太陽還要重幾千倍，甚至是幾百萬倍。除了已經被這種黑洞吞噬的物質之外，還有質量巨大的氣體和塵埃圍繞著它旋轉，等候被吞噬，這些物質受到巨大作用力的影響會產生驚人的輻射，然而在數十年的觀測中看到的少量超高能宇宙射線似乎和這個星系核的位置相符，這就意味著高能量粒子是來自於“等候被吞噬的物質”。
第2個：來自於外星的科學家。
有些地球上的科學家就懷疑，我們人類不是唯一想要分解並且研究物質的智慧物種，假如說有外星人制造出了足夠大的粒子加速器，能更好的對物質進行分解，那會發生什麼事呢？我們看到的超高能宇宙射線，可能只是“邊角量”是外星人在實驗過程中排出的汙染物質。如果這些粒子被發現來自同一個地點，比如說一個臨近恆星的宜居星球，這就意味著我們就發現外星人了，當然這個腦洞開得有點大，但不能說它的可能性是0。
可能你會覺得哪有這麼巧的事，我們天天看到的宇宙射線，宇宙微波背景輻射，它可是跟科學家相伴了上百年，人們幾乎每天都能看到它，但是直到最近人們才恍然大悟，它不就是宇宙大爆炸的鐵證嗎？當然了，這個只是一個腦洞大開的猜想。
第3個：一種新的作用力。
通過已知的物體和“目前已知的4種基礎力”來解釋這些粒子，這個謎題之所以是個謎題，因為它必須用我們暫時不知道的物質，還有“力”去解釋這個可能性，或許這些粒子來自於某種還沒有被發現的“新作用力”，如果這樣的作用力存在並且和這些宇宙射線相關，那就一定有某種原因能夠解釋，我們為什麼沒有在其他地方看到這個力發揮作用。最近關於暗能量在全部能量中佔68%的發現告訴我們，我們的確應該思考未知的宇宙力量，也許這些粒子正是新作用力的線索。
也許以上幾種猜測都是完全離譜的，很可能答案是平淡無奇的，並不包含對宇宙性質的顛覆性的見解，說不準這些粒子它就是來自恆星或者是來自一個我們看不見的黑洞，這個似乎並不能改變我們的宇宙觀，不過我們還是懷著夢想的。
結語
知道了高能量粒子的存在，你也許會多花一點時間仰望星空，並且時常想起宇宙裡那些讓人震驚的未解之謎。與其把這些宇宙射線想象成要傷害你的粒子，不如把它們當成某種現實。
你可以想象一下它們在太空中飛行了幾十億公里，帶來了某種我們之前從未見過，也從沒有想象過的全新事物的信息，它們帶來的是某種巨大能量發生的過程存在的證據，這背後可能是“新的作用力”，可能是某種未知的宇宙機制，甚至可能是某一種外星的生命形式，它們帶來的很可能是顛覆我們宇宙觀的新發現。
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