百年之谜：宇宙射线从哪里来

文/闻新 王子含

对宇宙射线的研究已逐渐成为了天体物理学研究的一个重要领域，宇宙射线研究的主要推动力是科学家渴望了解大自然为什么在这些天体上能产生如此超常能量的粒子。许多科学家试图解开宇宙射线来源之谜，可是从发现到现在一百多年过去了，仍没有人知道宇宙射线的来源。

恐怖的哈雷彗星（1910 年）

1910 年，哈雷彗星在夜空中成为一个壮观的天体。5 月19 日，哈雷彗星的尾巴开始扫过地球，它的尾巴异乎寻常的接近于地球，长达3861.6万千米的尾部在地球运行轨道上停留了6 个小时。有些人神经非常紧张，担心彗星的尾巴会释放宇宙毒气，所以赶紧关上自己家里的门窗。事实上，彗星的尾巴几乎是一种纯粹的水蒸汽，不会对人类造成任何威胁。

▲1910 年5 月哈雷彗星回归

比哈雷彗星更明亮的“一月大彗星”（1910 年）

1910 白昼大彗星，也称为“一月大彗星”，是一颗于1910 年1月可见的大彗星。根据记载，这颗彗星最高视星等可能超越了金星，一位南非的钻石矿商是第一个看到“一月大彗星”的人。哈雷彗星于同年五月回归，但明亮的“一月大彗星”显然抢走不少哈雷彗星的风头。1986 年哈雷彗星再度回归，据许多长者叙述，相比之下“一月大彗星”更加明亮。

▲2010 年1 月出现的“一月大彗星”

发现宇宙射线（1912 年）

▲德国科学家维克多·赫斯（Victor Hess）携带仪器登上气球

1912 年，一位名为维克多·赫斯（Victor Hess）的德国科学家亲自携带仪器登上气球，当气球上升到5334 米的高空，他发现仪器上的电流读数会随着气球上升而增大，所以他认定电流应该是由来自地球以外的一种穿透性极强的射线所产生，后来人们就将这种射线称为“宇宙射线”，而维克多·赫斯也因为发现宇宙射线，在1936 年获得诺贝尔物理奖。

广义相对论（1915 年）

1915年，阿尔伯特·爱因斯坦宣布他的广义相对论。在本质上，所有的物理学问题都涉及采用哪个时空观的问题。他的理论认为，物质弯曲空间，导致我们把物体运动归结为是重力作用的运动。

针对广义相对论而言，狭义相对论的背景时空是平直的，其曲率张量为零；而广义相对论的背景时空则是弯曲的，其曲率张量不为零。

▲阿尔伯特·爱因斯坦

完善恒星光谱分类表（1915-1924 年）

美国天文学家安妮·坎农,以恒星的颜色为依据，根据恒星的表面温度从高到低的顺序，在爱德华·皮克林等人早期建立的光谱分类法基础上，进一步完善，发展成为一种广泛使用的“哈佛分类法”。

1915 至1924 年，安妮·坎农组织哈佛大学天文台的恒星光谱分类的工作，分类了20 多万颗恒星的光谱，编纂出版了亨利·德雷伯星表。1925 年至1936年，她和同事们又继续分类了十余万颗恒星，编成了亨利·德雷伯扩充星表。

为了纪念美国天文学家安妮·坎农，美国天文学会设立“安妮·坎农天文奖”，这是至今唯一专门授予女性天文学家的奖项。

▲美国天文学家安妮·坎农

发现比邻星（1915 年）

▲哈勃望远镜拍摄的比邻星照片

1915 年，苏格兰天文学家罗伯特·因尼斯在南非发现了比邻星，这是离地球最近的恒星，位于太阳之外，距离太阳系4.22 光年。当时天文学家罗伯特·因尼斯担任约翰尼斯堡联合天文台的主管。

比邻星位于半人马座，是半人马座α 三合星的第三颗星，根据拜耳命名法也称为半人马座α 星C，按照恒星分类属于红矮星。

▲德国天文学家卡尔施瓦辛格

人类首次计算“黑洞”（1916）

爱因斯坦并没有发现黑洞的存在，但是他的相对论确实预测了黑洞的形成。卡尔·施瓦辛格(Carl Schwarzschild)是第一个使用爱因斯坦的方程式来证明黑洞确实可以形成的人。

1916 年，德国天文学家卡尔施瓦辛格通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个严格“解”。通过这个“解”就可以推出：如果将大量物质集中于空间一点，其周围会产生奇异的现象，即在质点周围存在一个界面——“视界”，一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。这种“不可思议的天体”就是我们今天所说的黑洞。