百年之謎：宇宙射線從哪里來

文/聞新 王子含

對(duì)宇宙射線的研究已逐漸成為了天體物理學(xué)研究的一個(gè)重要領(lǐng)域，宇宙射線研究的主要推動(dòng)力是科學(xué)家渴望了解大自然為什么在這些天體上能產(chǎn)生如此超常能量的粒子。許多科學(xué)家試圖解開宇宙射線來源之謎，可是從發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在一百多年過去了，仍沒有人知道宇宙射線的來源。

恐怖的哈雷彗星（1910 年）

1910 年，哈雷彗星在夜空中成為一個(gè)壯觀的天體。5 月19 日，哈雷彗星的尾巴開始掃過地球，它的尾巴異乎尋常的接近于地球，長達(dá)3861.6萬千米的尾部在地球運(yùn)行軌道上停留了6 個(gè)小時(shí)。有些人神經(jīng)非常緊張，擔(dān)心彗星的尾巴會(huì)釋放宇宙毒氣，所以趕緊關(guān)上自己家里的門窗。事實(shí)上，彗星的尾巴幾乎是一種純粹的水蒸汽，不會(huì)對(duì)人類造成任何威脅。

▲1910 年5 月哈雷彗星回歸

比哈雷彗星更明亮的“一月大彗星”（1910 年）

1910 白晝大彗星，也稱為“一月大彗星”，是一顆于1910 年1月可見的大彗星。根據(jù)記載，這顆彗星最高視星等可能超越了金星，一位南非的鉆石礦商是第一個(gè)看到“一月大彗星”的人。哈雷彗星于同年五月回歸，但明亮的“一月大彗星”顯然搶走不少哈雷彗星的風(fēng)頭。1986 年哈雷彗星再度回歸，據(jù)許多長者敘述，相比之下“一月大彗星”更加明亮。

▲2010 年1 月出現(xiàn)的“一月大彗星”

發(fā)現(xiàn)宇宙射線（1912 年）

▲德國科學(xué)家維克多·赫斯（Victor Hess）攜帶儀器登上氣球

1912 年，一位名為維克多·赫斯（Victor Hess）的德國科學(xué)家親自攜帶儀器登上氣球，當(dāng)氣球上升到5334 米的高空，他發(fā)現(xiàn)儀器上的電流讀數(shù)會(huì)隨著氣球上升而增大，所以他認(rèn)定電流應(yīng)該是由來自地球以外的一種穿透性極強(qiáng)的射線所產(chǎn)生，后來人們就將這種射線稱為“宇宙射線”，而維克多·赫斯也因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)宇宙射線，在1936 年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。

廣義相對(duì)論（1915 年）

1915年，阿爾伯特·愛因斯坦宣布他的廣義相對(duì)論。在本質(zhì)上，所有的物理學(xué)問題都涉及采用哪個(gè)時(shí)空觀的問題。他的理論認(rèn)為，物質(zhì)彎曲空間，導(dǎo)致我們把物體運(yùn)動(dòng)歸結(jié)為是重力作用的運(yùn)動(dòng)。

針對(duì)廣義相對(duì)論而言，狹義相對(duì)論的背景時(shí)空是平直的，其曲率張量為零；而廣義相對(duì)論的背景時(shí)空則是彎曲的，其曲率張量不為零。

▲阿爾伯特·愛因斯坦

完善恒星光譜分類表（1915-1924 年）

美國天文學(xué)家安妮·坎農(nóng),以恒星的顏色為依據(jù)，根據(jù)恒星的表面溫度從高到低的順序，在愛德華·皮克林等人早期建立的光譜分類法基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善，發(fā)展成為一種廣泛使用的“哈佛分類法”。

1915 至1924 年，安妮·坎農(nóng)組織哈佛大學(xué)天文臺(tái)的恒星光譜分類的工作，分類了20 多萬顆恒星的光譜，編纂出版了亨利·德雷伯星表。1925 年至1936年，她和同事們又繼續(xù)分類了十余萬顆恒星，編成了亨利·德雷伯?dāng)U充星表。

為了紀(jì)念美國天文學(xué)家安妮·坎農(nóng)，美國天文學(xué)會(huì)設(shè)立“安妮·坎農(nóng)天文獎(jiǎng)”，這是至今唯一專門授予女性天文學(xué)家的獎(jiǎng)項(xiàng)。

▲美國天文學(xué)家安妮·坎農(nóng)

發(fā)現(xiàn)比鄰星（1915 年）

▲哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的比鄰星照片

1915 年，蘇格蘭天文學(xué)家羅伯特·因尼斯在南非發(fā)現(xiàn)了比鄰星，這是離地球最近的恒星，位于太陽之外，距離太陽系4.22 光年。當(dāng)時(shí)天文學(xué)家羅伯特·因尼斯擔(dān)任約翰尼斯堡聯(lián)合天文臺(tái)的主管。

比鄰星位于半人馬座，是半人馬座α 三合星的第三顆星，根據(jù)拜耳命名法也稱為半人馬座α 星C，按照恒星分類屬于紅矮星。

▲德國天文學(xué)家卡爾施瓦辛格

人類首次計(jì)算“黑洞”（1916）

愛因斯坦并沒有發(fā)現(xiàn)黑洞的存在，但是他的相對(duì)論確實(shí)預(yù)測了黑洞的形成?？枴な┩咝粮?Carl Schwarzschild)是第一個(gè)使用愛因斯坦的方程式來證明黑洞確實(shí)可以形成的人。

1916 年，德國天文學(xué)家卡爾施瓦辛格通過計(jì)算得到了愛因斯坦引力場方程的一個(gè)嚴(yán)格“解”。通過這個(gè)“解”就可以推出：如果將大量物質(zhì)集中于空間一點(diǎn)，其周圍會(huì)產(chǎn)生奇異的現(xiàn)象，即在質(zhì)點(diǎn)周圍存在一個(gè)界面——“視界”，一旦進(jìn)入這個(gè)界面，即使光也無法逃脫。這種“不可思議的天體”就是我們今天所說的黑洞。