今天我们说的这“根”线叫宇宙射线，简称宇宙线。

宇宙线这个名称，不少人都听说过（至少在热搜上看过）。

但是，如果问“什么是宇宙射线”，可能会出现各种奇怪的解释，甚至令人哭笑不得：

其实，宇宙射线这个名词可以被分成两部分，一个是宇宙，一个是射线，就是“来自宇宙的射线”。

射线命名小八卦

射线是由各种放射性核素，或者原子、电子、中子等粒子在能量交换过程中发射出的、具有特定能量的粒子束或光子束流。

射线这个名词，可以追溯到19世纪电器工业大发展的时代，当时发电机、变压器和高压输电线路逐步在生产中得到应用，但是漏电与放电损耗严重。同时电气照明也吸引了科学家的关注。这些问题都涉及低压气体放电现象。

1858年德国人普鲁克尔在研究气体放电时发现，在放电管正对阴极的管壁上发出绿色的荧光，证明是因为有一种射线从阴极发出打到管壁所致。这可能是最早“射线”一词的来源。

1876年，另一位德国物理学家戈尔茨坦认为这是从阴极发出的某种射线，并命名为阴极射线。在阴极射线这个命名中，“阴极”是形容这种射线发出的地方或者源，虽然当时人们并不清楚这是什么。

随后，1895年德国科学家伦琴在研究阴极射线时发现了一种具有很强穿透力的射线，由于尚不清楚这一射线的性质，伦琴称之为X射线。从X射线的命名来看，“X”也是用来形容“射线”的，是按照射线本身的性质分类的。当然X射线也被称为伦琴射线，这是人们为了尊重发现者的功绩。

1986年，法国科学家贝克勒尔发现在铀元素存在自发辐射，这种射线被人们叫做贝克勒尔射线，或者铀辐射。同时贝克勒尔还发现这种辐射不仅能使底片感光，还能使得空气电离变成导体。

1898年，英国科学家卢瑟福通过吸收实验证明铀辐射具有两种穿透本领不同的成分，他把穿透力不强的称为射线，穿透力强的称为射线。1900年，法国化学家威拉德发现在铀辐射中还有另一种成分，穿透力更强，他称为射线。显然这些射线的命名都是根据射线本身的性质。

人们是怎么发现它的？它跟我们熟知的种种射线有啥区别？

宇宙射线的发现，可以追溯到一个困扰人类近一个半世纪的谜题。

18世纪，人们对电现象有了初步的认识。1785年法国物理学家库仑向法国皇家科学院提交了多份关于电磁现象的研究报告。其中一份报告说，他通过一个基于验电器原理制作的扭力天平实验得出结论：由于空气的作用，该装置的电量不能永久保持，总会以自发放电的形式泄露电荷。这就是困扰了人类近一个半世纪的空气电离之谜。[1]

库仑和验电器示意图

我们来重温一下验电器实验和空气电离的原因。

丝绸摩擦过的玻璃棒会带正电，而用毛皮摩擦过的橡胶棒会带负电，一旦将它们靠近验电器上方的导体片，棒子自身所带的电荷会传到玻璃钟罩内的箔片上。由于同种电荷相互排斥，金属箔片将自动分开，张成一定角度。根据张角的大小可估计物体带电量的大小。但是，金属箔片张角会随着时间慢慢变小，这说明验电器会自发放电泄露电荷，也就是说电荷消失了。

1903年，卢瑟福在库伦结论的基础上，认为是辐射导致大气电离产生正负离子，这些正负离子碰到金属箔片，中和了金属箔片上的电荷，就像是“偷”走了验电器中的电荷一样。他用铁和铅把验电器完全屏蔽起来，电离速率几乎可减少约三分之一，但验电器内部的空气还是会发生电离，大约是每秒每立方厘米有10对离子产生。卢瑟福进一步提出设想，也许有某种贯穿力极强的辐射从外面进入验电器，导致空气电离，电离产生的电荷中和了验电器上的多余电荷。

当时，人们对于辐射的认知还停留在“它们来自于放射性物质主要是矿物质衰变”的水平，认为放射性元素来自于地壳或者是它们产生的放射性气体“氡”。卢瑟福自然也认为，地壳中的放射性物质产生辐射导致空气电离，并且给出了检验方法：如果这些辐射来自于地壳中的放射性物质，那么辐射强度应该随高度增加而减少。

这个道理就像烤火，火焰就是一个会向外辐射热量的辐射源，当我们靠近火源时，就会获得更多热量，感到热；远离火源时，就会感觉到冷。