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        來自宇宙射線的一些高能粒子進入地球大氣層時

        文章作者:管理一號 | 2019-08-05
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        來自世界射線的一些高能粒子進入地球大氣層時,其運動速度能超越光在空氣中的速度,能夠宣布切連科夫輻射。

        不管電磁輻射的波長為多少,從物理學的視點看,它們都是光,即電磁波,包括γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、微波和無線電波等。其中的可見光是咱們最了解的光,咱們所熟知的彩虹就包含了一切顏色的可見光。

        其他都是一些不可見光,但咱們有時能夠體驗到它們。比方,在一個溫暖的夏日,咱們的身體能夠感遭到太陽的紅外線帶來的熱量。而一些光只需咱們接收到滿足的劑量才干體驗到,比方在海灘上長期曬太陽導致的紫外線灼傷,或許來自放射性物質的伽馬輻射帶來的有害影響。

        在世界中,雖然大部分的光來自億萬顆相對安靜的恒星,或許來自世界大爆炸后留下的余熱(世界微波布景輻射),但世界中也充滿了許多很特別的光。下面,咱們羅列其中三個特別的光并對其進行剖析。

        高速旋轉發作的光

        根據電動力學相關的理論,電子等帶電粒子只需進行加快運動,就會發作電磁輻射。一個播送電臺的發射天線,能經過敏捷改動的電流,或許說是在天線內來回搖擺的電子發送信號,便是使電子做加快運動,就會發作一種電磁輻射——無線電波,終究讓你的轎車音響接收到電臺播送。

        要想發作非常強的電磁輻射,來回搖擺并不是一種很有效的加快運動,因為這會很快耗費掉很多的能量。所以,為了進步效率,你能夠把天線曲折成一個環形,然后用可發作超強磁場的裝置讓這些電子在磁場的加快效果下,以挨近光速的速度繞著天線進行旋轉。

        新天線中電子沿著一個環形途徑不斷旋轉下去,它們的速度方向每時每刻都在發作著改動,而速度的方向發作改動也歸于加快運動,所以根據電動力學,這些旋轉的電子仍然能夠宣布電磁輻射。但因為發作的電磁輻射很強,這個天線里的電子不再像曾經那樣發作無線電波,而是能量更高的紫外線和X射線。

        咱們都知道,播送天線發作的無線電波是朝著五湖四海輻射出去的,但這個新天線里每個電子發作的輻射不是朝著五湖四海,而是沿著運動的切線方向集中輻射出去的,這樣,每一個發作輻射的電子看起來像是一輛快速轉彎的轎車的前燈。

         

         

        這種電磁輻射開始是在同步加快器(一種環形的粒子加快器)中觀測到的,因而它被稱為同步加快器輻射或同步輻射。長期以來,物理學家非常不喜歡同步輻射,因為它會耗費了加快器的能量,但隨后發現,同步輻射很好控制,能夠用來當作一種光源來完結其他的科學試驗。所以,現在許多加快器都裝有使用同步輻射進行試驗的設備。

        同步輻射也能夠在世界中天然構成,只需某個當地電子遇到了強磁場,就有機會發作同步輻射。人類在太空中第一次檢測到的同步輻射,是M87星系噴宣布來的一個長達5000光年的噴流發作的。脈沖星周圍的星云也會發作同步輻射,因為脈沖星會發作強磁場,而星云里又有很多電子。

        在介質中超越光

        咱們都知道,光在真空中的速度是世界中最快的速度,任何物質和信息的運動和傳播速度都不能超越此速度。但當光穿過水、空氣等透明的介質時,光速會大為減慢。例如,光在水中的傳播速度僅約為在真空中的速度的四分之三。因為光在介質中是如此的“步履蹣跚”,那么其他一些粒子,比方電子、質子等,就有機會在介質中運動得比光還快。

        如果一個物體在介質中的運動速度快于音速,比方一架超音速戰斗機高速飛行時,那么它會發作一種被稱為“音爆”的巨大響聲,這是因為由物體運動前方發作的音波無法及時離開物體,因而被“堆積”了起來,構成了一種聲音的圓錐形沖擊波,并向四周分散。此外,當快艇的速度超越水波速度時,也會在水面上發作很大的弓形沖擊波,并在水面上分散。與之類似的是,一個帶電粒子(比方電子)比光更快地經過一個介質時,也會發作一種由光子構成的圓錐形沖擊波,并向四周輻射出去,并且帶電粒子運動的速度越快,發作的輻射就越強。

        這種輻射開始是1934年由蘇聯物理學家切連科夫發現的,因而被稱為“切連科夫輻射”。切連科夫輻射通常出現在核反應堆和高能物理試驗設備中,帶電粒子高速穿過這些設備中的水池時,就會發作這種輻射。可見光波段部分的切連科夫輻射看起來呈亮藍色,但實際上,切連科夫輻射發作的大部分光線其實是肉眼看不見的紫外線,并且只需帶電粒子運動速度極快時,才會使可見光波段變得明顯而得見。

        在許多物理試驗中,檢測切連科夫輻射是一種檢測高能粒子的重要方法之一。此外,來自世界射線和伽馬射線暴的一些高能粒子進入地球大氣層時,其運動速度能超越光在空氣中的速度,能夠宣布切連科夫輻射。經過檢測它們所宣布的切連科夫輻射,物理學家能夠了解有關世界射線和伽馬射線暴的相關信息。

        來自急剎車的光

        最終咱們要介紹的特別的光叫做軔致輻射,又稱剎車輻射或制動輻射,是帶電粒子遭到其他電荷影響,在運動過程中發作減速時發作的一種輻射。

        軔致輻射最常見的例子是電子遇到原子核時發作的。具體地說,當電子快速移動時,有時它會近距離接近原子核,電子的能量越高,那么它就有更多的機會接近原子核。如果溫度滿足高,電子就不會被捕獲并與原子核構成原子。相反,電子只會感覺到一個時間短的相互吸引的力,輕微地被拉動,導致它在運動過程中發作偏轉并減速,而速度發作改動便是加快運動,根據電動力學,電子必然會宣布電磁輻射。

         

        這只能發作在高能環境中,因而,韌致輻射在通常情況下是以X射線的形式出現的。在醫學和工業中,咱們就常常使用這個原理來發作X射線的。而在世界中,有一個特別的環境非常合適制造韌致輻射,那便是世界中的龐然大物——星系團

        星系團是由數百到數千個星系構成的結構,它們通常都聚集在有著數百萬光年的范圍內。星系團中,星系之間還有著熾熱的但極為稀薄的等離子體,它們被稱為星系團內介質。關于一個星系團來說,星系團內介質的總質量可達可見星系總質量的3~5倍。這些介質含有許多電子和原子核,電子近距離遭受原子核的事情會常常上演,所以它們會發作很多的韌致輻射。當咱們用X射線望遠鏡觀察這些星系團時,咱們就能看到巨大且明亮的X射線輻射團。

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