宇宙是一个极其庞大和复杂的系统,涵盖了所有的时间和空间,是一个神秘莫测的让人向往的世界,宇宙射线更是吸引一批接一批的科学家们去探索其中的奥秘。
功夫不负有心人,科学家不仅对宇宙射线有了清晰且直观的认识,还发现了宇宙射线对地球的气候、生物圈,甚至是人类的健康都有影响。
那么问题来了,都有什么影响呢?这些影响是好是坏?
什么是宇宙射线?
1912年美国物理学家发现地球大气中存在带电高能粒子,而这些粒子是从遥远的宇宙过来的,因此这些粒子被命名为宇宙射线。
宇宙射线的主要成分是带电粒子,比如质子、原子核、电子等。
大约有89%的宇宙射线是质子,10%的宇宙射线是原子核,剩下的1%是重元素。
宇宙射线的来源
宇宙射线的来源广泛而又复杂,它可能是来源于太阳风、超新星爆炸、活动星系核等天体活动,也可能是来自宇宙早期的演化过程。
太阳风是太阳发出的带电粒子流,里面包含了大量的电子和质子。
而超新星爆炸则是恒星在“濒死”之际发生的一种剧烈爆炸现象,能够释放出大量的高能粒子。
活动星系核是位于星系中心最活跃的一片区域,通过喷洒的方式把高能粒子释放到宇宙中。
其实除了这些常见的宇宙射线外,它还包括了来自银河系内外的银河宇宙射线,以及来自更遥远天体的超高能宇宙这些,但这种射线是少之又少的。
宇宙射线的探测技术
为了能够进一步研究宇宙射线,科学家们使用了各种探测器,有气体探测器、半导体探测器、闪烁体探测器等,这些探测器能有效的分析宇宙射线的组成、能量和来源,为我国进一步研究和探索宇宙提供的非常宝贵的技术。
但问题来了,这些探测器是怎么探测到宇宙射线的呢?
首先来看气体探测提,它的工作原理是当宇宙射线中的粒子进入到探测器中的气体时,粒子与气体原子核外电子发生碰撞,然后就导致气体被电离激发,产生电子空穴对。
而这些电子空穴对在外加电厂的作用下,会向两级移动,形成电脉冲,而这些电脉冲又会被探测器两端的电极收集起来,最后转化为可测量的电压信号
电压信号转化完毕后,会集中到电学系统中进行集中处理,处理完以后就可以反映出进入到探测器中的粒子(宇宙射线中的粒子)的能量等。
说白了就是当宇宙射线中的粒子进入到探测器中会发生“化学反应”,反应过后得到的结果就是我们要的最终结论。
其次再看半导体检测器,它是利用半导体材料的电子学性质来测量宇宙射线的。
当宇宙射线和半导体相互作用时,会产生电荷,探测器中的电子学设备能够探测到这些电荷,并记录和处理在此过程中产生的电信号,然后从中分析出宇宙射线的特性。
比如从电信号的强度和频率推断出宇宙射线的能量、种类等。
使用这种半导体探测器去探测宇宙射线相对来说是最“简单且快捷”的探测器之一。
因为半导体探测器具有较高的能量分辨率,能够准确测量出粒子的能量,此外,半导体探测器还有较高的空间分辨率,能准确测量出粒子的轨迹,也就是它的行踪,从而获取一些关于粒子运动的信息。
还有半导体探测器的响应速度也非常快,可以实时粒子的运动、能量等信息进行记录。
最后就是闪烁体探测器,它是通过使用具有闪烁性质的材料来探测宇宙射线,当宇宙射线和闪烁体相互作用时,宇宙射线就会在闪烁体内发出光闪烁。
探测器中的光传感器就会记录这些闪烁事件,然后通过测量光的强度和时间来确定射线特性。
闪烁体探测器具有非常高的灵敏度,以及非常快的响应速度,能够实时监测宇宙射线的活动轨迹,我国发射的悟空号探测卫星用的就是闪烁探测器中的闪烁晶体。
科学家们研究出那么多探测宇宙射线的探测器有什么用,不可能只是简单观察一下吧,原来是宇宙射线对地球的地理环境有着多方面的影响。
宇宙射线对地理环境的影响
第一个是对生物圈的影响。
宇宙射线对生物圈的影响是长期存在的,但相比较而言非常微弱,因为宇宙射线中的高能粒子可以直接穿透大气层,作用在地球表面的生物体上。
这些高能粒子一旦与这些生物体发生作用后,就有可能损害细胞中的DNA,增加细胞突变的风险,影响到生物体的生长发育。
但是又因为地球大气层自身的阻挡和削弱作用,导致地球上的生物体受到宇宙射线的辐射相对来说很少。
对大气层的影响
宇宙射线对大气层的影响主要体现在臭氧层的破坏和电离层的形成,因为宇宙射线中的高能粒子与大气分子碰撞后会产生次级粒子,而这些次级粒子能影响到大气层的化学反应过程,从而破坏臭氧层的稳定性。
因为我们都知道物理反应不会改变物质原有的属性,但化学反应则与之相反。
宇宙射线除了破坏臭氧层还会使大气中的气体电离,形成电离层,影响无线电通讯和卫星导航系统的正常运行。
对气候变化的影响
有研究表明,宇宙射线和太阳活动、地球磁场有相互影响的作用,可能会影响地球的气候系统,比如宇宙射线和大气中的云凝结核相互左右,会影响云的形成和分布,但这一点还存在争议,到底会不会影响还需要进一步的研究。
对人体健康的影响
长期暴露在宇宙射线中,有可能会增加人类患癌症和其他疾病的风险,离得越近风险越大比如宇航员、飞行员等长时间在高空环境中生存的人更容易受到宇宙射线的影响,所以这类人群在进行高空作业时要做好防护措施。
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