宇宙线是从哪里来的
——太阳是否为宇宙线源

武 莎 南云程

(中国科学院高能物理研究所 100049)

1912年奥地利物理学家维克托·赫斯通过高空气球实验证明了地球之外存在一种穿透能力很强的辐射，这些辐射自上而下进入大气层并与大气发生相互作用使大气发生电离。在这些辐射被发现之后，人们本能地开始思考这些地球以外的辐射是谁发出的。首先想到的自然是太阳。太阳是距离我们最近的恒星，它的质量在整个太阳系中占比高达99.8%，并无时无刻地将自身质量或能量通过辐射或发射粒子的方式向外输送。那有没有一种可能性，赫斯在地球上发现的这种穿透能力很强的辐射就是来源于我们熟悉的太阳呢？时间回到1912年，让我们跟着赫斯开启高空气球之旅，一起来探索这些辐射是否来自太阳。

一.1912年高空气球之旅

在1911～1913 年间，赫斯将验电器架设在气球上(图1)，进行了10次飞行实验，测量空气电离度随海拔高度的变化。他发现一开始电离度随着海拔高度升高而降低，继而急剧上升。最关键的一次飞行来自1912 年4 月17 日。赫斯在几近日全食期间将气球上升到1900～2750 米的高空，发现大气的电离在日全食期间并未减少。在接下来的飞行中也未发现白天和夜晚大气电离度有明显的差别。因此，赫斯断定使大气发生电离辐射的不是来自于地球之外的太阳——它必须来自更远的宇宙①。1925年这种辐射被命名为宇宙线。赫斯因为这个发现获得了1936年度的诺贝尔物理学奖。

图1 (a)1912年赫斯气球实验；(b)赫斯的验电器