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今天我们说的这“根”线叫宇宙射线，就是“来自宇宙的射线”，简称宇宙线。

人们是怎么发现它的? 它跟我们熟知的种种射线有啥区别?

宇宙射线的发现，可以追溯到一个困扰人类近一个半世纪的谜题。是什么电离了空气?18世纪，人们对电现象有了初步的认识。1785年法国物理学家库仑向法国皇家科学院提交了多份关于电磁现象的研究报告，其中一份报告说，他通过一个基于验电器原理制作的扭力天平实验得出结论：由于空气的作用，该装置的电量不能永久保持，总会以自发放电的形式泄露电荷这就是困扰了人类近一个半世纪的空气电离之谜。

1903年，卢瑟福在库仑结论的基础上，认为是辐射导致大气电离产生正负离子，这些正负离子碰到金属箔片，中和了金属箔片上的电荷，就像是“偷”走了验电器中的电荷一样。他用铁和铅把验电器完全屏蔽起来，电离速率几乎可减少约三分之一；但验电器内部的空气还是会发生电离，大约是每秒每立方厘米有10 对离子产生。卢瑟福进一步提出设想，也许有某种贯穿力极强的辐射从外面进入验电器，导致空气电离，龟离产生的电荷中和了验电器上的多余电荷。

为了确定这种辐射从哪儿来，科学家上铁塔、去水下、飞上天……当时，人们对于辐射的认知还停留在“它们来自放射性物质主要是矿物质衰变”的水平，认为放射性元素来自地壳或者是它们产生的放射性气体“氡”。卢瑟福自然也认为，地壳中的放射性物质产生辐射导致空气电离，并且给出了检验方法：如果这些辐射来自地壳中的放射性物质，那么辐射强度应该随高度增加而减少。这个道理就像烤火，火焰就是一个会向外辐射热量的辐射源，当我们靠近火源时，就会获得更多热量，感到热；远离火源时，就会感觉到冷。

为了确认辐射的来源，1910年，法国科学家沃尔夫带着更加灵敏而可靠的新型验电器登上324米高的埃菲尔铁塔，比较了塔顶和地面两种高度下的电离强度。他发现电离现象随着高度增加变弱，在塔顶的辐射大约是地面的64%。这一结果无疑支持了卢瑟福通过屏蔽验电器得出来的结论：辐射似乎来自地底。

在沃尔夫的实验后，意大利物理学家帕西尼分别在陆地上、海上和热那亚海湾的水下用验电器做电离测量，发现水下的电离率比水面处略低，得出了与前人不同的结论，即大气中存在一种与地壳中的放射性物质无关的穿透性辐射。

1912年8月，奥地利物理学家赫斯进行了一次十分重要的气球飞行。 当他上升到5300米时，发现空气的电离速率增加到海平面的三倍左右！ 他得出结论，辐射是从上方进入大气层的，也就是说辐射源来自天上。在1911至1913年期间，赫斯带着验电器一共飞行了10次，甚至利用日食与昼夜之间的测量对比，得出来太阳并不是射线的辐射源(如果是，那应该叫作太阳射线)的结论。

然而，赫斯大胆的结论在当时并不为所有人接受，因第一个测出电子电量而闻名的美国物理学家密立根就是其中的一位。密立根把探测器放在无人操作的气球上，在15000米的高空测到的辐射强度不到赫斯测量结果的四分之一。根据这个不同于赫斯的结果，密立根认为根本没有地球之外来的电离辐射，辐射都来自地面。不过他很快就被自己“打脸”了。

1926年，密立根在加利福尼亚州群山中的缪尔湖(海拔3392米)和慈菇湖(海拔1577米)的深处做实验，把探测器放在水下测量电离速率。通过比较电离速率与湖水深度的关系发现，同样水深的情况下，探测器在缪尔湖测得的电离速率会快于慈菇湖，只有将缪尔湖的探测器再往深处下放2米，两者的电离速率才接近。也就是说2米水深对辐射的吸收作用与近2000米的空气相当。

这一结果使密立根和更多的人信服了赫斯“辐射一定来自天上”的结论。 这种辐射的射线实际上是来自宇宙的高能粒子而非来自地面的放射性物质，所以密立根为这些“射线”取名为“宇宙射线”

最终，赫斯的发现被证明是正确的，赫斯因此获得了1936年的诺贝尔物理学奖，这也是宇宙线研究历史上的第一枚诺奖。赫斯的高空气球实验无疑是科学探索史上最为壮美的一次飞行。诺贝尔物理学奖委员会指出，“赫斯的发现开启了理解物质结构和起源的远景，证明了一种地球外穿透性辐射的存在——宇宙射线，比发现辐射的粒子性和辐射强度随高度变化更加根本”。

目前，宇宙线、电磁辐射、引力波被并称为探索宇宙的三大探针，也是贯穿粒子物理学、天文学、宇宙学三大学科领域的基本研究对象。宇宙线的起源、加速和传播机制，以及它们与高能天体演化，乃至宇宙的演化等科学问题也无不撩拨着人们的心弦。从宇宙线发现至今的一百余年间，宇宙线科学在物理学发展中扮演了异常重要的角色，始终丰富着人类对物质世界的理解，为我们描绘出一幅高能宇宙的图景。

(摘编自《中国科普博览网》)