开启宇宙之门的“神秘钥匙”

夜幕降临，当我们仰望星空时，遥远的宇宙静谧深邃。然而，宇宙其实每时每刻都充斥着大量的能量爆发。在我们看不到的地方，宇宙射线、伽马射线和高能中微子等粒子流作为中子星、黑洞等巨大能量的载体，离开源头星系，穿过星系际介质，再进入银河系，最终冲向地球。
揭秘宇宙射线构成
1912年，天文物理学家维克多·赫斯乘坐热气球飞行到离地面5.3千米的高空，探测到电离室内的电流随海拔升高而变大。起初他认为辐射来源是太阳，但他在夜间仍探测到高空的高电离率时，得出结论：有一种来自地球外部空间的高穿透力射线进入大气层，从而产生了高空电流，后来这种射线被命名为“宇宙射线”。
宇宙射线本质上是来自宇宙空间的高能微观粒子，主要由核子构成，其中包括约87%的质子、12%的α粒子，少量原子核和极少量的重元素原子核，以及电子、伽马射线和中微子等。在宇宙射线冲向地面的过程中，地球大气层损耗了它们绝大部分的能量。宇宙射线要想到达地面，需要穿过由高密度的气体分子组成的近地大气。大气中气体分子的密度使得离子（即带电粒子） 的平均自由程异常的小，那些进入近地大气的宇宙射线会被气体分子快速捕捉，这也同时使得进入近地大气的宇宙射线发生再电离的可能性变得微乎其微，所以当它们到达地面时，已经变为能量极低的粒子流，因此很难被检测到。
来自宇宙深处的信使
寂静空旷的宇宙深处，时时刻刻都有人们看不见的宇宙射线穿梭。如今，人类仍然不能准确说出宇宙射线的源头，但普遍认为它可能来自超新星爆发或遥远的活动星系。尽管宇宙射线能随时抵达地球，但在大气层和地磁场的保护下，大量能量偏低的宇宙粒子被磁层阻挡、被大气吸收，从而让笼罩在宇宙射线下的地球免遭辐射损伤。
宇宙射线联系着宏观宇宙和微观粒子，解析宇宙射线，不仅能了解它携带的宇宙形成、天体演化等宇宙起源奥秘，了解未知星系构成，还能提前捕捉和分析可能面临的空间天气灾害。我国羊八井宇宙射线观测站就可以利用宇宙射线作为太阳活动和地球“空间天气”的“晴雨表”，开展空间天气、灾害预警、空间探测等多学科交叉研究应用，为大气科学、地球科学等研究领域提供综合研究平台。