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2016-12-01被地球阻擋在外的粒子―宇宙射線
564 期
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黃崇源／國立臺灣大學物理系畢業，國立臺灣大學物理研究所碩士，美國加州大學柏克萊分校天文學博士。現為中央大學天文學研究所教授。
現代人使用臉書或LINE，有時會收到一些奇怪的訊息，像是警告大家近日宇宙射線（cosmic rays）將入侵地球，提醒大家關手機並與手機保持距離。許多人大概都知道這是假的訊息。但宇宙射線究竟是什麼？它會不會影響手機或是傷害人體呢？為什麼會有這樣的謠言呢？
高空中的高能射線
在19世紀末到20世紀初期，人們發現空氣中除了中性分子外，總有部份帶電荷的離子。這種游離現象本來以為是來自地球表面的輻射物質所造成的。不過造成這些游離的物質或成因卻一直是個謎。為了解開這個謎團， 在1912年8月7日早上6點12分，一位奧地利的物理學家赫斯（Victor Hess）攜帶著三具靈敏的靜電計， 與兩位同伴從易北河畔的粵西格（Aussig）搭乘熱氣球升空。赫斯的目的是要觀測大氣電荷與高度的關係。過了 3、4小時後，也就是在當天9點45分至10點45分之間，氣球抵達了這次飛行的相對高點，約5000公尺的高空。本次飛行最高高度約到達5350公尺。到了中午12點15分，氣球降落在距離柏林約50公里處的匹斯可 （Pieskow）而結束了這次劃時代的飛行。
赫斯在這項實驗中發現，隨著高度的增加，空氣中的電離程度也會跟著增加；而當氣球下降時，電離程度也跟著減少。他因此推論這些電離現象是因為來自大氣層外，具有強穿透力的射線所造成。因為這些高能射線是來自大氣層外的宇宙，因此在1920年代，密立根就把這些高能射線稱為宇宙射線且為大家所接受。赫斯本人則因為他發現宇宙射線的貢獻而在1936年獲得了諾貝爾物理獎。
赫斯的熱氣球實驗，觀察大氣電荷與高度的關係。被誤用的名詞：「射線」
宇宙射線之所以被稱為射線，是因為一開始人們以為它是類似伽瑪射線的高能電磁輻射。但後來卻發現宇宙射線其實並不是電磁輻射，而是由接近光速的高能粒子所構成。這些高能粒子中，約99%來自原子核，也就是游離的原子，1%則是電子和正電子。在這些原子核中，90%是質子，9%是氦核，以及約1%較重的元素。而正電子則約佔電子和正電子總含量的15%。
有人可能會好奇宇宙射線什麼時候會入侵地球呢？事實上宇宙射線幾乎佈滿整個星際空間。而我們地球，則隨時受都到宇宙射線的轟擊。幸好，我們地球有厚重的大氣層保護，因此大部份的宇宙射線都與大氣層作用而損失掉能量。但宇宙射線與大氣層的交互作用也同時會產生一些次級的粒子和電磁輻射。其中一些反應會產生中子，而這些中子（n）則可能會與大氣中氮氣反應而產生質子（p）與碳的放射性同位素碳14：14N + n→14C + p。因為宇宙射線的強度大致固定，因此空氣中碳14的含量會達到一個大致平衡的濃度。……【更多內容請閱讀科學月刊第564期】