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宇宙射线从哪来?“悟空”号找出答案!

时间:2026-05-06 15:37
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:

宇宙射线从哪来?“悟空”号找出答案!

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)

来源:https://www.163.com/dy/article/KRUBSNRP0514R9OJ.html
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