我們都知道，宇宙中充滿了危險。如果要列出宇宙的危險清單，那將是一個很長的清單。比如：宇宙中有嚴酷的真空；巨大的溫度波動；大大小小的隕石；以及各種各樣的危險東西……在所有危險的東西中，科學家們認為，宇宙中最危險東西是宇宙射線。

當你聽到宇宙射線這個名詞時，你可能會認為它像一束光，或像一束激光。如果是這樣認為的，那麼你就大錯特錯了。

【宇宙射線的種類】

宇宙射線是一種微小的死亡粒子，這種粒子非常危險。它有很多種，就像子彈一樣有很多種。

在光譜的最底層是太陽宇宙射線，它來自我們的太陽。這些就像是BB彈，當BB彈擊中你時可能會有點刺痛，但你不會太擔心。

然而銀河宇宙射線就不是那麼簡單了，它們的速度更快，能量更充沛。如果太陽射線像BB彈有話，那麼銀河宇宙射線就像是步槍子彈，它們要危險得多。當然這種宇宙射線比較罕見。

除了以上兩種，還有更快速度的是宇宙射線——超高能宇宙射線。如果你認為銀河宇宙射線已經很糟糕了，那是因為你沒有遇到過超高能量的宇宙射線。

超高能宇宙射線才是宇宙中最大、最壞、最惡劣的宇宙射線。這些超高能量宇宙射線就像高超音速導彈。它們是來自宇宙中最活躍的事件。這種宇宙射線最罕見的，這些神秘的粒子，它們的運動速度非常接近光速。

也許你覺得99%的光速已經是非常接近光速了，那麼你大錯特錯了！超高能宇宙射線在空間中的速度是光速的99.9999999999999999999%。一共有21個9！它們是宇宙怪獸，非常可怕！

一艘火箭，如果到達50%光速，質量會提升15%；到達86%光速，質量提升100%；到達99%光速，質量提升700%；到達99.999%光速，質量猛增22400%。

越接近光速，物體質量的增長越快，理論上消耗整個宇宙的能量，都無法讓有質量的物體到達到光速，所以這個21個9意味著消耗的能量是非常驚人，是人類所無法想像的能量。

宇宙射線每時每刻都在我們太陽系中穿梭。如果在太空中舉起一個高爾夫球，每秒鐘幾乎有100條宇宙射線穿過這個球。這是一場致命的粒子子彈冰雹。

【宇宙射線威脅著宇航員】

在太空中，我們的宇航員普被困在這交叉火力之中。宇宙射線是人類太空星際旅行的最大危險之一。

NASA計劃將宇航員送回月球，在那裡宇宙射線的輻射強度是地球上的200倍。另外，NASA的另一個大目標是將人類送上火星，這是一段漫長的旅程，至少需要6個月，通常需要9個月左右。

這就有了一個大問題，在這麼長的旅途中，宇航員如何避免宇宙射線的攻擊？

科學家們對宇宙射線的研究越是深入，就越是知道它的威脅有多大，所以NASA和其他空間組織需要研究如何在這些非常危險的情況下保護他們的宇航員。

不過在歷史上已經有一組人員曾暴露在這種高水平的宇宙射線中。那就是1969年7月的阿波羅任務的宇航員。

1969年7月登陸月球的阿波羅11號任務

其中一名宇航員叫巴茲·奧爾德林，看到了奇怪的東西。當他環顧四周時，有時會看到微小的閃光，這很奇怪，但更奇怪的是，他閉著眼睛也能看到閃光。

後來的任務也報告說看到了奇怪的閃光。宇航員將閃光描述為斑點、條紋和雲。

阿波羅15號指揮官大衛·斯科特報告說：“他看到了一顆藍中帶白的流星，就像一顆藍鑽石。”

其實發生的情況是一束宇宙射線進入眼球，然後撞擊分子，並發出一道閃光。另一種理論是，它觸發了你視網膜中的敏感細胞層，所以可以感知到一束光，儘管實際上並不存在光。

宇宙射線會造成長期的損害。在眼睛的晶狀體內部有些透明的纖維細胞，當宇宙射線穿過這些細胞時，它會破壞這些細胞，使它們渾濁，並最終導致白內障。

當NASA檢查宇航員的頭盔時，他們發現了蝕刻在頭盔上的微小痕跡，這是宇宙射線撞擊的證據。

當科學家們說宇宙射線就像微小的子彈時，絕對不是在開玩笑。其中一些穿透了頭盔，這意味著它最終進入了宇航員的大腦。

研究表明，長期的輻射會對大腦在最危險的環境中思考和解決問題的能力產生影響。當離地球越遠，面臨的危險就越大。所以，高能的空間粒子可能是人類太空探索的最嚴重威脅。

在好萊塢的電影中，對外太空的概念是充滿了危險，比如外星人揮舞著射線槍、黑洞或小行星陣雨等。但實際上，宇航員面臨的最大危險是無形的宇宙射線。

暴露在宇宙射線中只是幾天的時間，就已經損壞了阿波羅號宇航員的眼睛，去火星的單程旅行需要九個月，未來的任務，將在太空中花費更長的時間。這意味著我們真的需要考慮宇宙射線對我們的影響。

【宇宙射線射線會危害人體健康】

為了進一步研究，科學家們用人造宇宙射線粒子轟擊人類細胞。他們發現宇宙射線從物理上切割DNA，將其分解。

要知道，細胞內的DNA損傷是最嚴重的一種傷害，因為你的DNA是細胞的操作手冊，是細胞知道如何正常運作的藍圖。一旦DNA損傷，它可以觸發細胞變成腫瘤，並開始產生癌症。

2019年，科學家們進一步進行了實驗，模擬了一次火星之旅……

在六個月的時間裡，他們用實驗室製造的宇宙射線粒子持續不斷地攻擊這些囓齒動物。實驗發現老鼠的正常行為發生了深刻的變化。

它們學習新任務的速度會變慢很多，它們的記憶受到影響，它們會忘記已經學過的東西。它們更焦慮，更容易放棄它們通常會完成的任務。

如果你把一些受輻射的老鼠放到游泳測試中，發現它們並沒有試圖游到安全的地方，許多老鼠只是簡單地放棄了。

實驗結果顯然非常糟糕。因為在將來的人類太空探索任務中，我們需要宇航員在任務中能夠充分發揮作用。

至於為什麼一定要執行載人任務，是因為人類的大腦比任何計算機都要好得多。如果他們中有一個人出了問題，這甚至會使任務和他們的生命處於危險之中。

其他研究發現，宇宙射線會加速衰老，改變基因，並導致心血管疾病。

【宇宙射線還會損壞電子系統】

這聽起來已經夠糟糕的了，但還有一個更迫在眉睫的危險。當宇宙射線穿透宇宙飛船時，它們會燒毀電子系統，這足以危及任務。

我們太空任務的運作依賴電子設備，依賴計算機。一旦錯誤的宇宙射線，在錯誤的時間到達錯誤的電路，並導致一系列的故障，最終完全危及任務。這是最可怕的情況。

大家都看過哈勃太空望遠鏡拍攝的美麗宏大的宇宙圖片，其實這些圖片都不是原始圖像。

如果你看到了是原始圖像，就會發現它看起來並不像那些向公眾展示的非常美麗的圖像。

原始圖像受到了宇宙射線乾擾，並且這些宇宙射線會隨著時間的推移慢慢摧毀探測器。

哈勃太空望遠鏡拍攝的美麗宇宙圖片

哈勃太空望遠鏡拍攝的原始宇宙圖片

那麼我們如何保護宇航員和他們的設備呢？顯而易見的答案是增加屏蔽。可是，這事說得容易，實際可沒那麼簡單。

大家都見過火箭發射，應該知道火箭發射有多困難，把東西送上太空有多貴？可以說，每公斤、每克都要進行計算，每一樣東西都要充分利用。

所以說，當我們在電視上看到航天員在喝水或吃飯，我們應該知道他們喝的水或吃的飯都是“含金量”十足阿。

關於如何屏蔽，也許大多數人想到的就是在飛船上加裝防護罩。對於太陽宇宙射線，那麼的確可以用一些材料，一些屏蔽物，通常會擋住它們。但更高能量的射線，就像更強的子彈能穿透盔甲一樣，更強的宇宙射線也能穿透宇宙飛船的防護罩。

而且更糟糕的是，如果宇宙射線擊中了保護宇航員的屏蔽層中的一個原子，就會產生大量粒子。一個輻射粒子可能大概率不會擊中宇航員的任何細胞，但現在，宇宙射線卻變成了一場爆炸，它會粉碎飛船裡的一切。所以原本的屏蔽卻變成了宇宙射線用來對付飛船的武器。

【宇宙射線的威力到底有多大】

前面說過，宇宙射線是一種微小的粒子。那麼這種比原子還小的物體如何攜帶足夠的能量對宇航員構成威脅呢？

我們知道，移動的物體都攜帶有能量，我們稱這之為動能。當它們撞擊物體時，它們會轉換能量。比如當我們鼓掌時，我們手掌的動能就會轉換成聲音，熱和振動。

宇宙射線也是如此，當它們撞擊人類的腦細胞或電腦芯片時，會釋放一些能量，並造成損害。傷害的大小取決於它們的動能，而動能取決於兩件事——質量和速度。

以相同速度運動的物體，如果它們質量更大，就會攜帶更多的能量。所以一個更大的小行星撞擊地球會比一個較小的小行星造成更大的破壞。

如果把一個物體的質量翻倍，它的動能也翻倍。所以質量很重要，但相比於速度，則速度比質量更重要。

因為，根據動能方程：E=1/2mv²。m為質量，v為速度。這就意味著動能取決於速度的平方，即質量翻倍，動能翻倍，但速度翻倍，動能卻會翻四倍！

1991年，科學家們探測到的一束超高能宇宙射線以極快的速度撞擊了大氣層，科學家稱其為“Oh My God粒子”。

Oh My God粒子概念圖

這個粒子的能量比任何人想像的要高得多。在猶他州的天空出現這條熒光條紋之前，沒有人相信一個粒子能夠以如此接近光速的速度到達地球，這使得宇宙射線粒子比預期的要危險得多。

當接近光速時，能量、動量、質量就會呈現出與以往不同的作用。愛因斯坦的相對論方程變得非常重要，因為物理髮生了變化，它產生的能量變得非常非常強。

如果一個粒子以接近光速運動，這意味著它的能量幾乎達到了物理定律允許的最大值。一個質子這麼小的東西，以如此之快的速度運行，它所攜帶的能量相當於一個以每小時100英里（約160公里）的速度拋出的棒球所攜帶的能量。

一個棒球含有超過一萬億的質子，想像一下一個粒子攜帶的所有能量有多驚人了！

當然，像“Oh My God粒子”這樣的超高能量宇宙射線是十分罕見的。宇航員不太可能被它們擊中，當然如果真的被擊中了，那就像是“彩票中獎”了。

所以，在太空中旅行的宇航員面對的宇宙射線，主要是來自太陽的太陽宇宙射線，它們就像BB球一樣，但數量豐富。

對於這類宇宙射線，我們的宇宙飛船可以阻擋它們，所以不需要擔心。對於宇航員來說，最大的威脅是銀河宇宙射線，它們來自銀河系的其他地方。它們的速度和頻率使它們成為最危險的射線。這些銀河宇宙射線比太陽宇宙射線要強大得多。

所以對付這些銀河宇宙射線的確比較頭疼。不過，另人意想不到的是，我們有一個盟友，就是太陽系的守護者——太陽。

太陽除了能釋放出高能的太陽宇宙射線粒子外，太陽也會釋放出大量低能量的太陽風粒子。向外移動的太陽風就像一個力場，宇宙射線必須逆流而上才能到達這個泡泡深處的地球。

太陽風在太陽系周圍延伸了110億英里(約177億公里)，產生了一個超大磁場排斥來襲的銀河宇宙射線。

它幾乎就像電影《星際迷航》中的飛船，進取號星艦的護盾。因此，太陽磁場在一定程度上保護著地球和宇航員免受入射輻射的傷害。

不久之前，我們的旅行者號宇宙飛船到達了太陽氣泡和星系之間的邊界，並讓科學家們能夠研究那裡的區域，並看到了太陽氣泡內部和太陽氣泡外部的區別。

旅行者號太空探測器發現了一個移動的戰場。太陽風的行為有點像地球上的風暴的前鋒，有時，它會前進，有時，則撤退。

所以，對於宇航員來說，在太陽活動更頻繁的時期，執行火星任務會更安全，因為儘管會有更多的太陽粒子輻射，但實際上，會得到更好的太陽風屏蔽效果。

太陽活動經歷了一個以11年為周期的高潮和低谷，保護氣泡遵循同樣的周期。所以這可以讓NASA預測最安全的發射時間。

【銀河宇宙射線從哪裡來】

那麼銀河宇宙射線到底是從哪裡來的？首先它們肯定是由銀河系內部的某種強大物質產生的。也許，你會覺得源頭應該很容易探測到，如果其中一個擊中了地球上的探測器，我們就能以一條直線順藤摸瓜找到發射的源頭，然後說：“它來自那裡”。

然而實際情況並沒有那麼簡單，因為，宇宙射線在磁場中移動時會彎曲。宇宙射線上有電荷，會讓它像一塊小磁鐵，而銀河系充滿了各種磁鐵。

一束穿過星系的宇宙射線，每遇到一個磁場時，都會稍微改變方向，當穿過很多個磁場後，軌跡就會變得混亂。大約幾百萬年後，宇宙射線起源的所有信息基本上都找不到它們各自的各種實際源頭。宇宙向著一個完全隨機的方向發展。

但是銀河系的宇宙射線也有一個夥伴，一種遠不那麼難以捉摸的東西——伽馬射線。

當一束銀河宇宙射線撞擊太空中的普通原子時，就會引起這種劇烈的反應。它會發射各種其他粒子，包括伽馬射線。

伽馬射線實際上是一種能量極高的光子，重要的是，伽馬射線不會被磁場彎曲，因為它們不帶電荷。

所以它們只是沿著宇宙射線最初移動的方向直線移動。所以科學家們只要回頭看看伽馬射線從哪裡來，就可以知道哪裡有很多宇宙射線發生碰撞。

正在基於這個原理，科學家們找到了產生宇宙射線的頭號“嫌疑犯”——超新星。

超新星是宇宙中最強大的爆炸之一，所以它們為產生這些高能量、極快的粒子提供了成熟的理論基礎。

當一顆巨恆星耗盡燃料時它就無法支撐自身的重量，它向內坍縮引發了巨大的爆炸，其威力足以將原子粉碎成微小的碎片。爆炸釋放出膨脹的氣體和塵埃雲就是超新星的殘骸。

超新星會產生難以置信的強大衝擊波，衝擊波可能就是粒子被捲入其中並加速的地方。超新星殘骸內部的宇宙射線很像彈球機，衝擊波作為擋板，磁場就是彈球機中的各種彈力裝置。

宇宙射線就在這種能量驚人的衝擊中來回地反彈，它們每一次的來回反彈都會讓它們獲得更多的能量，當銀河宇宙射線獲得足夠的能量時，磁場就沒有能力再把它留住了，它就會逃逸出去。

超新星理論解釋了許多宇宙子彈的誕生。

但後來科學家們又發現了一種超級伽馬射線，它非常強大，所以科學家們認為，它的起源肯定不是超新星。

由於伽馬射線的能量非常高，所以這意味著宇宙射線的能量也非常高。就好像朝彈球機發射子彈，它無法來回彈跳，直接突破機械裝置。

所以它們不可能在“彈球機”內一直彈跳，直到達到它們現在的能量。銀河系中一定還有別的東西，在創造銀河宇宙射線。

那麼比超新星更強大的東西，是什麼呢？

2021年1月，在一個位於墨西哥火山一側的瞭望台，藍光穿過了水箱。這是伽馬射線進入的跡象，它們的踪跡橫跨銀河系，跨越數十億英里。這條軌跡並非源於巨大的爆炸而是終結於寒冷稀疏的塵埃雲。

分子云，乍一看似乎是宇宙中最無聊、最無害的地方之一。如果沒有紅外望遠鏡，你幾乎看不到它們。它們不像超新星那樣，具有極高的能量。所以你不會期望它能產生超能量粒子。所以雲裡一定藏著什麼東西，某種強大到足以加速宇宙射線的東西。

但科學家們完全不知道是什麼，因為無法看到分子云的內部。猜測可能是有一些新生的星團在產生這些宇宙射線。但科學家們不能確定，即使最古怪的恆星是否有能力在這些能量下產生宇宙射線。

僅僅兩個月後，也就是2021年3月，科學家們又得到了一條線索，他們探測到來自天鵝座繭狀星雲的伽馬射線。

這是一個稠密的分子云，但中心是一個空洞，數百顆緊密排列的恆星推動著塵埃和氣體，包括被稱為光譜型為O和B的巨大明亮恆星。

光譜型為O和B的恆星，是我們宇宙中最熱的恆星。大質量恆星噴出的恆星風，比我們的太陽產生的風要強大得多。

所有這些恆星一起形成時，它們都在從它們的表面吹出一股高能粒子風。這些風相互碰撞，在這些年輕恆星之間形成巨大的激波結構。

從來自不同方向的不同恆星風中獲得了非常多的能量，以至於形成了一團沸騰的衝擊波和磁場。這是一個規模巨大的“彈球機”——磁場比超新星的磁場更加強大。捕獲和加速更有能量的宇宙射線的時間也更長。

關於星團，有一點很重要，就是它們存在了數百萬年，而不像超新星那樣是一次性事件。所以這些磁場和衝擊波在很長一段時間內一直發生著，這可能就是加速宇宙射線的東西。

【超高能量宇宙射線的來源】

既然分子云可能會發射星系宇宙射線，那麼是什麼發射了高超音速空間導彈，即超高能量宇宙射線呢？

超高能量宇宙射線是粒子世界中的高超音速導彈，如果光線中的光子是宇宙中速度最快的東西，那麼超高能量的宇宙射線與之相比，它將非常接近。如果光子與超高能量的宇宙射線同時從一點出發，20萬年後光子只會領先半英寸。

我們的星係有10萬光年寬，離我們最近的星系在兩百萬光年之外，所以它們穿越數百萬到數十億光年來到我們這裡。

這麼小的粒子是怎麼把它加速到如此瘋狂的速度？動力源是什麼？宇宙中什麼東西有這種能力？

它們的速度讓它們很危險，但也讓它們更容易找到源頭。由於超高能量的宇宙射線移動得非常快，以至於它們真的不怎麼受磁場的影響。

所以它們大多是直來直去的，當它們沿直線運動時，科學家們可以很容易指向它們的源頭。

在阿根廷沙漠，皮埃爾·奧格宇宙射線探測器完成了對天空長達12年的研究。它證實了大多數星系的中心都有一個超大質量的黑洞。

但只有少數是活躍的，並釋放出能量，這些活躍的超大質量黑洞會噴發出超高能量的宇宙射線。正因為超大質量黑洞非常強大，所以科學家們認為，超高能量宇宙射線可能起源於超大質量黑洞是有道理的。

M87星系距離我們5400萬光年，它之所以出名，是因為我們在它的中心拍了一張超大質量黑洞的照片。

M87星系的超大質量黑洞

從照片中所見，中心黑洞周圍有漩渦狀氣體。看不到的陰影那裡可能就是宇宙射線高能加速的地方。

2021年3月，科學家們進一步分析了數據。

M87的新圖像

這張M87的新圖像顯示出非常清晰的磁場線。科學家們認為，超大質量黑洞能夠加速如此巨大能量的宇宙射線的一種可能性是，它們實際上是通過自身的引力，拖曳或捕獲先前存在的能量已經非常高的正常宇宙射線，然後給它們額外的推動，使其獲得更高的能量。

超大質量黑洞會彎曲其周圍的時空結構，即使是很輕粒子也會被卡住。宇宙射線也不例外，它們也會被超大質量黑洞吸引，並被吸引到它們的軌道上。

但這些粒子是如何逃脫黑洞的魔爪並沖向我們的呢？

M87的武器庫裡有一件可怕的武器，巨大的能量正在從兩極噴湧而出。M87的噴流大得驚人，比整個星係都大。強大的噴射可能會給宇宙射線一個速度注入，把它們從銀河步槍子彈變成超高能量的高超音速導彈。

所以想像一下，如果你有一顆普通的子彈從槍里高速射出，當它飛行時，子彈裡的一個小火箭發動機啟動並使它達到更高的速度。這就是噴流中宇宙射線的情況。

【宇宙射線會對地球產生影響嗎】

既然在太空中，宇宙射線很危險，那么生活在地球的我們需要為此擔心嗎？

科學家們認為，我們完全無需擔心，我們是受保護的。在太陽系所有的岩質內行星中，地球是唯一一個能產生自己的偏轉罩來抵禦宇宙射線的行星，這也是生命存在的原因。

地球創造了自己的磁場，宇宙射線是帶電的，它們會沿著磁場運動，所以我們的磁場使周圍的宇宙射線偏轉。

但盾牌並不完美，一些宇宙射線確實穿過了地球，但之後它們撞上了我們的第二道防線——大氣層。

我們的大氣層——它不僅給了我們呼吸的空氣而且保護我們不受這些太空子彈的傷害。大氣層就像一個導彈防禦系統，宇宙射線與空氣分子碰撞粉碎成更安全、更小的粒子，最常見的是μ介子。

μ介子是宇宙射線的產物，它們是由上層大氣中的高能碰撞產生的。這些碰撞產生了大量μ介子，然後這些μ介子降落到地表。

如果你伸出手，那麼，每秒鐘有多達4條這樣的宇宙射線穿過你的手。

μ介子的數量非常多，我們甚至不需要高科技的天文台就可以探測到它們。

在桌面放一小塊毛氈，放一些乾冰，再在上面鋪上一層扁平金屬。然後準備一個魚缸，在魚缸中倒一些異丙醇。接著把魚缸翻轉過來蓋在舖有金屬的干冰上。

此時，魚缸裡的酒精在下沉的過程中蒸發了，因為底層的干冰非常冷，於是形成了一個超飽和的酒精蒸汽雲。

當帶電粒子穿過寒冷的蒸汽時它們會產生微小的幽靈般的痕跡。雲室中的每一根銀線都是宇宙射線的標誌。

酒精蒸汽雲中μ介子的痕跡

按道理，這些μ介子根本不可能到達地球，因為它們在分解前只能存活2.2微秒，不足以穿越10公里的地球大氣層。也就是說μ介子不可能從高層大氣到達我們現在所處的位置而不衰變。

然而事實並非如此，因為μ子以98%的光速運動，它們移動得非常快，經歷了愛因斯坦所說的時間膨脹。

愛因斯坦告訴我們，我們生活在時空中，這意味著所有對時間長度和持續時間的測量都是相對的。

從μ介子的角度來看，我們人類移動得非常緩慢。由於它們移動得非常快，以至於對它們來說，時間被拉長了。

通過測量μ介子的能量和壽命，科學家們發現當μ介子接近光速時它們的壽命就會增加，因為對它們來說，時間在變慢，就像愛因斯坦預測的那樣。

從我們的角度來看，它們的壽命延長了20多倍，所以它們能夠著陸。

【宇宙射線的價值】

宇宙射線是終極的太空旅行者，它們令人驚嘆的速度可以讓科學家們測試我們的物理理論。它們的能量比我們在地球實驗室裡所做的任何實驗都要多。在最極端的能量下，可以開啟各種各樣的物理學新領域。

它們是我們到達宇宙最深處的最佳途徑。因為它們是來自遙遠的恆星，遙遠的星系，科學家們藉此可以研究它們，解開宇宙中有很多令人驚訝的劇烈事件，比如黑洞的誕生、恆星的爆炸等等。這些正在穿過你身體的宇宙射線是這些事件的信使。

在某種程度上，你正在與那些數百萬光年之外的事件聯繫在一起。這些是來自宇宙的信使告訴我們它是如何運作的。