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为观测到宇宙射线 科学家设计了台射线望远镜

撰文/黛布拉·韦纳 翻译/李玲玲

宇宙射线以接近光速的速度，从各个方向持续撞击着地球。这些带电粒子是宇宙辐射里能量最强的部分——然而，没有人知道它们起源于哪里。

天体物理学家推测，高能宇宙射线也许来自遥远星系的特大质量黑洞，或来自大爆炸产生的衰变粒子。

无论它们起源于哪里，这些射线以每世纪每平方千米出现一个的几率，撞向地球的大气层。这种撞击会产生空气簇射（air shower）——宇宙射线进入大气层，与大气中的分子多次碰撞、相互作用后，会产生许多游离的粒子和电磁辐射，这些粒子的能量更低，会激活大气中的氮分子。粒子与氮分子相互作用产生的紫外荧光，会显示出空气簇射的轨迹。

科学家试图利用这些轨迹来测量宇宙射线的方向和能量，并重建它们历经百万光年的空间轨迹，以准确定位它们的来源。

观测到这些极端事件的机会很稀少。地面天文台只能观测到直接位于探测器上方的宇宙射线撞击。阿根廷皮埃尔·奥格天文台（Pierre Auger Observatory）拥有世界最大的宇宙射线探测器，覆盖了美国罗德岛（Rhode Island）那么大的面积，每年也只能记录下大约20次极强能量的粒子雨。

为了提高观测到宇宙射线的几率，15个国家的科学家在20多年前就开始合作，一起为国际空间站（International Space Station， ISS）设计了一台宇宙射线望远镜。

在国际空间站的日本实验舱（Japanese Experimental Module）里，极限宇宙空间天文台（Extreme Universe Space Observatory，JEM-EUSO）将通过一台朝向地球的广角高速摄影机记录紫外线辐射。这样大的观测面积使摄影机可以观测到更多的空气簇射。

起初，研究小组希望在2006年发射EUSO。但地球上麻烦不断——首先是2003年的“哥伦比亚”号航天飞机失事，然后是2011年福岛核电站核泄漏，现在是乌克兰局势动荡——因为这些事件，发射计划将至少被推迟到2018年。

不过，科学会继续向前发展。2014年8月，研究小组用氦气球将一台望远镜样机，运送到38 000米高处的平流层。研究人员在其下方的直升飞机上跟踪了两个小时，并向望远镜视场内发射脉冲紫外激光和LED信号。这次试验是成功的，样机探测到了紫外线轨迹——类似于极强能量的宇宙射线导致的那种紫外荧光。

2016年，宇航员将运输一台鞋盒大小的名叫“Mini-EUSO”的样机到国际空间站，看看它在真正要执行任务的高度下表现如何。