左 雄

(中国科学院高能物理研究所 100049)

1.大气保护了生命

来自外太空的每秒钟数以兆亿(1014)计的宇宙线在持续地轰击着我们的地球，这些神秘的太空信使同时也将是恶魔般的存在。研究表明，高空飞机上的辐射量是地面的30～60 倍，而近地航天器中的辐射量竟然能高达地面的100～150 倍。离地面越远，也即大气越稀薄的地方将面临更加严重的辐射风险。地磁场作为第一道屏障，抵挡了绝大多数低能的宇宙线对地球的轰击，但有部分高能宇宙线(>109eV)还是会进入到大气层(图1)。原初宇宙线在大气中发生广延大气簇射，逐渐转换成较低能的次级粒子，次级粒子随后在大气中损耗，最终到达海平面时约只有每秒每平米160 个粒子，而原初宇宙线在1 GeV 附近的流强约为每秒每平米105个粒子。可以看出，大气层充当了坚实的护盾，使得辐射量降低了近3 个量级。如果没有大气层的保护，长期暴露在强辐射下的生物DNA和细胞发生不可逆的损害，地球生物承受灭顶之灾。

图1 高能宇宙线轰击地球，在大气中产生广延大气簇射

2.广延大气簇射的发现历程

既然原初宇宙线在大气中发生广延大气簇射的过程这么重要，人们会好奇当初人类是如何发现它的？1912 年奥地利物理学家赫斯宣布发现了来自外太空的穿透辐射——宇宙线，那么当时他以及随后的其他科学家们做的多次实验中观测到的辐射是否就是原初宇宙线信号？另外，簇射这样的概念是怎么形成的？带着这些问题我们去回顾一下当时的探索进程。