宇宙射线从哪来？“悟空”号找出答案！

来源：光明日报

仰望星空时，你可曾想过，无数接近光速的高能粒子正日夜不停地轰击着我们的星球？这些宇宙射线究竟从何而来，又是如何被加速到如此骇人能量的？这个谜题，已经缠绕了科学界整整一个多世纪。如今，来自中国的“悟空”号暗物质粒子探测卫星，带来了一条突破性的线索：宇宙射线的源头在加速粒子时，似乎有点“偏心”——粒子带的电荷越多，它能被推到的能量上限就越高。这项关键发现，已于4月29日在线发表于国际顶级学术期刊《自然》。

宇宙射线成分复杂，包含质子、各类原子核等。如果把不同能量的粒子数目统计出来画成曲线，就得到了宇宙射线能谱。这条谱线里，其实就藏着宇宙射线起源的终极密码。可惜的是，过去受限于空间实验的探测能力，高能区域的能谱细节始终模糊不清，如同雾里看花。

转机出现在“悟空”号身上。由中国科学院院士常进领衔的研究团队，利用卫星前9年积累的约185亿个高能粒子事例，做了一次前所未有的“全景扫描”。他们一次性看清了宇宙中含量最高的五种粒子——质子、氦、碳、氧和铁的完整能谱。结果出人意料：这些粒子能谱的高能段，齐刷刷地出现了一个明显的“鼓包”，就像在平滑的曲线上突然隆起了一块。

更关键的点在于，碳、氧、铁这三种粒子的最高有效能量测量范围，被“悟空”号一举拓展了近十倍。正是看得足够高、足够远，这个隐藏的“鼓包”才终于浮出水面。

惊喜还不止于此。分析显示，这个“鼓包”出现的位置（即能量值）与粒子所携带的电荷数成正比，却与粒子本身的质量无关。研究团队结合宇宙射线方向分布的大尺度观测数据，进行了综合研判。结论指向一个清晰的图景：这个“鼓包”实际上标志着一个邻近地球的宇宙射线加速源的能力极限。换句话说，这个源头能把粒子加速到多高的能量，完全取决于粒子携带多少电荷。

这一发现，直接印证了物理学界一个悬置了六十多年的著名假说——“彼得斯循环”。早在1961年，丹麦物理学家彼得斯就提出，在磁场约束下，粒子加速的能量极限应与其电荷成正比。然而，受限于观测精度，这个预言一直缺乏坚实的实验证据。直到“悟空”号凭借其宽能段、高精度和卓越的粒子识别能力，才首次为这个“电荷依赖”的加速理论提供了直接观测支持。

话说回来，“悟空”号的持久力同样令人赞叹。这颗于2015年底发射的卫星，设计寿命仅为3年，但至今已在轨健康运行超过10年。目前，其探测器状态依然良好，仍在持续积累更高质量的科学数据。随着这只“火眼金睛”守望星空的时间越来越长，人类揭开宇宙射线发源地神秘面纱的那一天，想必也越来越近了。

《光明日报》（2026年05月02日 03版）