百年之謎：宇宙射線從哪里來

文/聞新 王子含

對宇宙射線的研究已逐漸成為了天體物理學研究的一個重要領域，宇宙射線研究的主要推動力是科學家渴望了解大自然為什么在這些天體上能產生如此超常能量的粒子。許多科學家試圖解開宇宙射線來源之謎，可是從發現到現在一百多年過去了，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3861.6萬千米的尾部在地球運行軌道上停留了6 個小時。有些人神經非常緊張，擔心彗星的尾巴會釋放宇宙毒氣，所以趕緊關上自己家里的門窗。事實上，彗星的尾巴幾乎是一種純粹的水蒸汽，不會對人類造成任何威脅。

▲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頭。1986 年哈雷彗星再度回歸，據許多長者敘述，相比之下“一月大彗星”更加明亮。

▲2010 年1 月出現的“一月大彗星”

發現宇宙射線（1912 年）

▲德國科學家維克多·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）的德國科學家親自攜帶儀器登上氣球，當氣球上升到5334 米的高空，他發現儀器上的電流讀數會隨著氣球上升而增大，所以他認定電流應該是由來自地球以外的一種穿透性極強的射線所產生，后來人們就將這種射線稱為“宇宙射線”，而維克多·赫斯也因為發現宇宙射線，在1936 年獲得諾貝爾物理獎。

廣義相對論（1915 年）

1915年，阿爾伯特·愛因斯坦宣布他的廣義相對論。在本質上，所有的物理學問題都涉及采用哪個時空觀的問題。他的理論認為，物質彎曲空間，導致我們把物體運動歸結為是重力作用的運動。

針對廣義相對論而言，狹義相對論的背景時空是平直的，其曲率張量為零；而廣義相對論的背景時空則是彎曲的，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）

美國天文學家安妮·坎農,以恒星的顏色為依據，根據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上，進一步完善，發展成為一種廣泛使用的“哈佛分類法”。

1915 至1924 年，安妮·坎農組織哈佛大學天文臺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，她和同事們又繼續分類了十余萬顆恒星，編成了亨利·德雷伯擴充星表。

為了紀念美國天文學家安妮·坎農，美國天文學會設立“安妮·坎農天文獎”，這是至今唯一專門授予女性天文學家的獎項。

▲美國天文學家安妮·坎農

發現比鄰星（1915 年）

▲哈勃望遠鏡拍攝的比鄰星照片

1915 年，蘇格蘭天文學家羅伯特·因尼斯在南非發現了比鄰星，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。當時天文學家羅伯特·因尼斯擔任約翰尼斯堡聯合天文臺的主管。

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。

▲德國天文學家卡爾施瓦辛格

人類首次計算“黑洞”（1916）

愛因斯坦并沒有發現黑洞的存在，但是他的相對論確實預測了黑洞的形成。卡爾·施瓦辛格(Carl Schwarzschild)是第一個使用愛因斯坦的方程式來證明黑洞確實可以形成的人。

1916 年，德國天文學家卡爾施瓦辛格通過計算得到了愛因斯坦引力場方程的一個嚴格“解”。通過這個“解”就可以推出：如果將大量物質集中于空間一點，其周圍會產生奇異的現象，即在質點周圍存在一個界面——“視界”，一旦進入這個界面，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。