2021年5月22日10時40分，“祝融號”火星車安全抵達(dá)了火星表面，開展巡視區(qū)環(huán)境感知、移動和科學(xué)探測。

在火星這顆奇異的紅色星球上，氣體中裹挾的細(xì)沙，地表遍布的細(xì)小礫石和巖石塊，環(huán)境中的宇宙射線，都為“祝融號”的火星旅程設(shè)置障礙。

其實，宇宙射線，這位神秘的天外來客，不僅困擾著“祝融號”，也時刻圍繞著人類。面對看不見摸不著的宇宙射線，人類該如何捕捉它的身影呢？如何一步步探索到它的奧秘呢？又如何將利用它看向更廣闊的宇宙呢？

在由中國科協(xié)青少年科技中心、中國宇航學(xué)會、中國科學(xué)院科學(xué)傳播局?jǐn)y手中央廣播電視總臺5G新媒體平臺央視頻推出的首檔沉浸式科學(xué)秀《多YOUNG科學(xué)夜》中，“天問一號”探測器系統(tǒng)副總設(shè)計師、火星車設(shè)計者賈陽，通過云室模擬實驗，還原了一個平日里用肉眼無法感知的神秘宇宙。

1.何謂宇宙射線？

說起太空，可能大多數(shù)朋友都覺得那里什么都沒有，一片真空完全寂靜。

其實并不是這樣，我們的太陽在一刻不停地通過核聚變發(fā)光發(fā)熱時，也在不停地把大量高能帶電的粒子拋射向太空。宇宙中還有許多天體，通過恒星活動、超新星爆發(fā)等，或是其他我們還不知道的機(jī)制，制造了大量的比太陽拋射的粒子能量更高的帶電粒子在宇宙中高速飛奔，這些被科學(xué)家們統(tǒng)稱為“宇宙射線”。

宇宙射線中有接近89%是質(zhì)子，10%是α粒子（氦原子核），其他1%包括β射線（高速電子流）、重元素離子、γ射線和高能中微子等。

看似遙遠(yuǎn)的太空，其實與我們緊密相連。就在此時此刻，來自太空深處的“信號”正圍繞在我們的周邊。

2.宇宙射線對人有什么影響？

其實，宇宙射線在不少科幻電影中都“客串”了重要角色，例如在電影《神奇四俠》中，四名宇航員受到宇宙射線的輻射后擁有了超能力。但美好的想象僅存在于電影，事實上，宇宙射線對于人體有著難以忽視的危害。

宇宙射線大都有著強(qiáng)烈的電離作用，如果大量照射在生物體上，因電離而破壞生物組織的概率較高，特別是破壞DNA的概率提高，會導(dǎo)致“圖紙損壞”而導(dǎo)致細(xì)胞再生過程中出現(xiàn)錯誤，出現(xiàn)無法再生或是癌變的情況。

還好地球擁有磁場，射向地球的大量高能帶電粒子會受到地磁場的洛倫茲力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此外濃密的大氣層也吸收了許多，因此到達(dá)地面的宇宙射線微乎其微，對生命的威脅基本上可以小到可以忽略了。

火星就沒有地球這么好的條件了?；鹦腔緵]有全球的磁場，同時大氣的密度也只有地球的約1%，能夠到達(dá)火星表面的射線會多很多，對生命體的危害就會比較明顯，必須考慮相應(yīng)的防護(hù)措施了。

3.小小云室讓宇宙射線現(xiàn)形？

宇宙射線看不見摸不著，如何知道身邊有沒有呢？云室就是讓它現(xiàn)行的裝置。最早的云室是威爾遜1896年提出的，現(xiàn)在已經(jīng)成為宇宙射線探測最重要的手段之一。

在《多YOUNG科學(xué)夜》節(jié)目中，我們把一個透明塑料盒扣在用干冰冷卻的低溫金屬板上。塑料盒頂部固定了一片浸滿酒精的海綿，酒精在周圍室溫的加熱下?lián)]發(fā)，讓塑料盒內(nèi)充滿酒精蒸汽，底部金屬板附近的溫度低至零下30-40攝氏度以下，進(jìn)而酒精蒸汽會在金屬板附近形成過飽和。也就是達(dá)到了凝結(jié)成液體的條件，但因為缺少凝結(jié)核而無法凝結(jié)。當(dāng)高能宇宙射線穿過時，其強(qiáng)烈的電離作用讓它通過路線上的空氣電離，形成一連串的凝結(jié)核，周圍的過飽和酒精蒸汽迅速圍繞這些凝結(jié)核迅速液化成霧滴，形成一條棒狀的“云”。霧滴形成的徑跡就把宇宙射線的身影顯示出來。云室的名字也由此而來。

我們看到的短而粗的霧滴徑跡是α粒子留下的身影。比較細(xì)的是質(zhì)子、β粒子、γ射線，如果加上強(qiáng)電場，質(zhì)子和β粒子還會有明顯的偏轉(zhuǎn)。

通過我們現(xiàn)場的云室可以看到，地球表面的宇宙射線量很少，需要等很久才能看到一兩個。而缺少磁場和大氣的保護(hù)的火星，則更接近在云室中放入放射源的情況。地球生命如此繁茂，而火星卻一片荒蕪，宇宙射線也是重要的因素之一。

4.宇宙射線攜帶著宇宙的秘密？

宇宙射線對生命體有這么大威脅，那么它就是壞東西嗎？

并不是的！一般認(rèn)為，宇宙射線可能主要來自恒星、超新星爆發(fā)、來自遙遠(yuǎn)的活動星系；它們無償?shù)貫榈厍驇砹颂栂?、銀河系乃至遙遠(yuǎn)宇宙的寶貴信息。宇宙射線的研究已變成天體物理學(xué)的重要領(lǐng)域，對宇宙射線的研究能獲得宇宙絕大部分奇特環(huán)境中有關(guān)過程的大量信息，比如射電星系、類星體以及圍繞中子星和黑洞由流入物質(zhì)形成的沸騰轉(zhuǎn)動的吸積盤的知識。

位于中國四川省稻城縣海子山上的世界上海拔最高、規(guī)模最大、靈敏度最強(qiáng)的宇宙射線探測裝置，國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——高海拔宇宙線觀測站（LHAASO，Large High Altitude Air Shower Observatory）正在建設(shè)當(dāng)中，并在2021年公布在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量超高能宇宙加速器，并記錄到能量達(dá)1.4拍電子伏的伽馬光子（拍=千萬億），這是人類觀測到的最高能量光子。

在我們看不到時空里，宇宙射線如同飛彈一般，攜帶著宇宙起源、天體演化等重要線索，在時空中極速穿梭，吸引著無數(shù)科學(xué)家為之探索。

宇宙從何而來？宇宙中究竟有什么？未來又向何處去？

為了追求宇宙的答案，一代代科研人員正在向太空開拓。

2022年1月2日，由中國科協(xié)青少年科技中心攜手央視頻推出的《多YOUNG科學(xué)夜》，通過一場以“去火星跨年”為主題的科學(xué)秀，為廣大青少年帶來了一場精彩的太空科普課。

“天何所沓？十二焉分？日月安屬？列星安陳？”兩千多年前，詩人屈原仰望蒼穹，發(fā)出“天問”。兩千多年后，以屈原長詩命名的天問一號探測器在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)著陸。如今，夜空中最鮮明的天體之一——火星，已然成為了“三尺講臺”。

在這120分鐘腦洞大開的科學(xué)秀中，通過“宇宙級天團(tuán)”的互動式講解，以及“云室與航天服”“氣凝膠”“太陽能火星車”等多個生動有趣的科學(xué)實驗，讓青少年腦海中產(chǎn)生很多“為什么”，成為他們太空夢、航天夢、科學(xué)夢最原始的起點。

2021年1月，中國科協(xié)發(fā)起的第十一次結(jié)果顯示：我國2020年公民具備科學(xué)素質(zhì)的比例達(dá)10.56%，實現(xiàn)了到“十三五”末公民具備科學(xué)素質(zhì)比例達(dá)到10%的目標(biāo)。大力提升青少年的科學(xué)素養(yǎng)，需要創(chuàng)造和用好更多《多YOUNG科學(xué)夜》這樣的科普節(jié)目。

仰望星空的冒險仍在繼續(xù)，人類將在無盡的攀登之中，看得更多，也走得更遠(yuǎn)，收獲更多關(guān)于未知和未來的答案。

（作者：北京交通大學(xué)副教授 陳征 ）