宇宙射线是什么？来自深空的神秘能量？科学如何解答《神奇四侠》

明明是我

想必大家对《神奇四侠》这部电影并不陌生。64年前，斯坦·李与杰克·科比共同创造了这支超级英雄团队。而如今，我们对“宇宙射线”的认识，已远超当年的想象。
在漫画中，格林变成“石头人”之前的担忧并非毫无根据。在随后的太空任务中，他和队友遭遇宇宙射线的强烈轰击，从而获得了各自独特的超能力。宇宙射线不仅成为《神奇四侠》的力量源泉，也象征着漫威漫画黄金时代的开启，激发了李、科比、迪特科、罗米塔等创作者的非凡灵感。
这类辐射也在1963年出版的《神奇四侠》第13期中赋予红幽灵和他的超级猿猴超能力。然而，我们并不需要为此感到担忧——真正的科学远比漫画复杂得多。那么，宇宙射线到底是什么？它真的可能赋予人类超能力吗？。。





宇宙射线是由什么构成的？就像20世纪60年代其他漫威角色的起源一样，斯坦·李从现实科学教科书中借用了“宇宙射线”一词。就像伽马射线将布鲁斯·班纳引爆，催生出绿巨人一样，斯坦·李和科比并不太关心宇宙射线对人类究竟会造成什么影响。
宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子，主要由质子和多种元素的原子核组成，并包括少量电子、中微子和光子。1912年，被奥地利科学家赫斯首次发现。
20世纪30年代，科学家发现了宇宙线在地球磁场中存在偏转效应，他们根据偏转的方向推断出宇宙线主要是由带正电的高能粒子组成。
如今，人类可以利用卫星或高空气球直接到大气层顶部，利用先进的粒子鉴别技术对原初宇宙线进行直接测量。我们现在知道宇宙线是来自宇宙深处的高能粒子(少数来自太阳爆发事件)，其中含量最高的是质子，其次还有元素周期表中从氦到铁元素中的多种原子核，它们共同构成宇宙线的最主要成分，同时，宇宙线中还包含少量光子、电子、中微子以及反粒子等。
绝大多数宇宙线为带电粒子，在传播过程中会在星际磁场中发生偏转，到达地球时失去了原初的方向信息，无法反推源的方向。至今人类仍未确定高能宇宙线起源，无法证实其产生机制及加速原理。宇宙线的起源问题是世纪之谜，是新世纪需要解答的与宇宙有关的难题之一。
目前，科学家们普遍认为宇宙线主要是极端天体条件下的产物，如超新星爆发及其遗迹星云、脉冲星、大质量星团、伽马射线暴等。在极端天体中寻找宇宙线的起源证据也成为当前国际大型宇宙线实验的核心科学问题。在宇宙线的发源地，同时也会产生中性粒子高能伽马射线和高能中微子，因此，通过高能伽马射线天文和高能中微天文是目前寻找宇宙线起源的重要手段。宇宙线携带着宇宙起源、天体演化、太阳活动及地球空间环境等重要科学信息，研究宇宙线及其起源是人类探索宇宙的重要途径。。

科学家将宇宙射线分为四大类。反常宇宙射线：它们是低能宇宙射线，来自于不受太阳风（太阳大气层中释放的带电粒子流）影响的日球层鞘（远超出冥王星轨道的气泡状空间区域，也就是太阳系的边缘）。
人们认为当日球层鞘中的电中性原子电离和加速时，就会产生反常宇宙射线。有趣的是，当旅行者1号探测器经过日球层鞘时，并没有检测到这种粒子加速的存在。
银河系宇宙射线：通常简称为GCR，从外部进入太阳系，但一般是形成于太阳系内。航天科学家认为这些类型的宇宙射线是强大的超新星的产物。有人提出在超新星爆炸之后，粒子在气体残留物中反复弹跳，加速形成宇宙射线，直到达到某种程度散入银河系。
太阳宇宙射线：泛指大量的宇宙射线，它们来自太阳系的中心恒星——太阳。这些射线大部分只是能量相对较低的质子，从太阳表面的强磁场获取能量。
超高能宇宙射线：顾名思义，就是具有极高动能的宇宙射线粒子。这些粒子极其罕见，天文学家还没有完全了解其来源。位于阿根廷的国际宇宙射线观察站，皮埃尔·奥格尔观测站已经成立，旨在探测超高能宇宙射线，解开宇宙射线的起源和存在之谜！。。

宇宙射线来自何方？它们在宇宙中四处传播，以极高速度穿越空间，不断与星际磁场相互作用，从而在太空中产生复杂的偏转与散射。这种“弹球效应”使得宇宙射线的轨迹极难追踪，也让我们很难确定它们的确切起源。但幸运的是，它们所携带的高能量信息，为科学家提供了洞察其生成机制的重要线索。
正如人们所预期，宇宙射线的产生往往与剧烈的宇宙事件有关。例如，我们接收到的一部分宇宙射线来自太阳，尤其是在强烈太阳耀斑爆发期间。而大多数宇宙射线则来自太阳系之外，包括银河系内部和更遥远的星系。来自太阳的通常被称为“太阳高能粒子”，而来自银河系的则称为“银河系宇宙射线”。来自银河系之外的部分被称为“河外宇宙射线”。
这些高能粒子的起源事件包括超新星爆炸、超大质量黑洞吸积物质、恒星撕裂事件，以及中子星和星系的碰撞等剧变过程。它们也可能诞生于高度磁化的恒星残骸中。这些现象使得宇宙射线成为研究极端宇宙物理条件的重要“宇宙信使”。此外，宇宙射线撞击太阳系内物质时，会生成新的同位素。这些同位素残留在陨石中，可以用于追踪太空岩石到达地球的时间。早在1933年，科学家通过宇宙射线的研究首次发现了电子、质子和中子以外的亚原子粒子，包括正电子和μ子。这一发现极大地拓展了我们对粒子物理的认识。显然，宇宙射线并不像几十年前《神奇四侠》中的约翰尼·斯托姆所言那样“可怕”。它们不仅无处不在，更为现代科学提供了关键的研究窗口。当然，尽管它们在科研上的价值巨大，你仍不会想亲自暴露在其中。。

经美国神经学家研究发现，执行长耗时太空任务——例如针对火星等行星的探索任务的宇航员会因宇宙射线遭受脑损伤。研究指出，宇航员长时间暴露在星际辐射环境下可导致其大脑内的神经细胞结构发生变化。
在研究过程中，科学家让老鼠持续暴露在低剂量高能带电粒子环境下，6周之后，老鼠接受一系列记忆测试和有关学习能力的测试。研究结果表明，接触带电粒子的老鼠更容易出现精神错乱和好奇心降低现象。此外，这些老鼠大脑内的树突细胞数量大幅减少。
科学家警告说，如果人类的大脑遭受类似影响，将降低宇航员对新情况的反应能力以及解决问题的能力，而这些能力在执行危险的太空任务过程中发挥着至关重要的作用。
科学家指出，飞船需要安装防护盾，保护执行长耗时任务的宇航员免遭宇宙射线伤害。如果宇航员的大脑发生与老鼠大脑相同的变化，在太空辐射中暴露可能影响他们的问题解决能力和对新情况的反应能力。对于参加两到三年“火星-地球”往返之旅的宇航员来说，这绝对不是一个好消息。在太空飞行期间，宇航员出现的能力损耗、记忆力下降以及意识和注意力下降等情况可能影响对任务的完成情况。而且，暴露在这些粒子环境下，可能对他们的认知能力产生长期负面影响，伴随他们终生。宇宙射线对执行深空探索任务的宇航员构成巨大威胁。深空探索任务中出现的通信延迟使宇航员更加无法快速做出重要决定。他们呼吁宇航局优先考虑解决这一问题。。

漫威世界里人类出生的超级英雄有两类，简单来说就是有钱靠装备，没钱靠变异，一类英雄一般具有人所不具备的特殊能力，比如拥有一身发达肌肉和魁梧身材的绿巨人，各种体能参数达到人类极限的美国队长，攀岩走壁的蜘蛛侠，或者具有近乎不死生命力的金刚狼;还有一类英雄肉体仍是一般人，他们通过装备来强化自己，典型的角色是拥有坚硬铠甲的钢铁侠。
这两类英雄中，前者一般通过基因改造而来，后者一般通过制造超级武器而成名。他们获得超能力的方式通常是天马行空、异想天开，似乎和科学没有关系，但事实上漫威世界里那些令人眼花缭乱的高科技并非全都凭空杜撰，很多都能在现实世界里找到相对应的技术。
如今，我在看超级英雄漫画时，在其中发现了许多正确的描述和应用物理概念的例子。当然，运用超级力量本身就直接违背了已知的物理学定律，必须有意识地暂时忘记那些物理定律才说得通，这一点几乎是没有例外的。
电影《美国队长》中，改造士兵的第一次实验刚刚成功时，艾斯金博士被潜伏的特务杀害，制造超级血清的技术就此失传，罗杰斯成为同盟国阵营中唯一的超级士兵。
70多年过去了，科学家依然没有研究出一个真正的超级士兵血清配方。事实上，真正的血清指的是含有多种蛋白质、激素和生长因子等物质的混合物，最常见的如培养肿瘤细胞时使用的胎牛血清，它可以促进细胞分裂、生长，保持细胞的活力，但并不能显著改变细胞的形态与功能。
除了美国队长，蜘蛛侠也存在基因突变。主人公彼得·帕克在现实生活中非常不起眼，是个没自信的弱者。他被一只变异蜘蛛蛰咬后昏迷，发了一夜高烧，之后获得了蜘蛛般感知危险来临的第六感，并且变得敏锐、迅捷，身体里透出无穷的力量。他的视力奇迹般地恢复到了最佳状态，再也不需要戴眼镜了。漫画的解释说，一段进入彼得身体的蜘蛛的DNA片段替换了他自己的DNA片段，并导致整个基因组发生改变，获得了蜘蛛的超能力。
反派蜥蜴教授也是这样获得非凡能力的。蜘蛛侠的父亲曾在奥斯本公司的基因实验室里工作，在那里科学家进行尖端研究，试着将人类DNA与其他动物结合在一起，以改良培育出超级杂交生物。
除此之外，漫威世界中的绿巨人浩克也是基因变异的产物。医生布鲁斯·班纳在一场实验事故中受到大量高强度的伽马射线的照射，但意外的是他非但没有死亡或者受伤，反而具备了超能力。在他情绪激动的时候，就会变成一个绿色的大块头，具有钢铁一般坚韧的皮肤和犹如天神下凡一般的力量，他被称为绿巨人。
射线能让一个人一生气就变成绿巨人吗？艾尔瓦拉多考虑了伽马射线对DNA的影响，虽然身体可以在接受少量的辐射后自我修复，但大量的辐射会破坏DNA的双螺旋结构，允许新的指令写进DNA，充当激活或抑制DNA的开关，这些开关可能成为布鲁斯·班纳生气时变成绿巨人的开关。艾尔瓦拉多还认为，绿巨人是绿色的原因在于淤青。当布鲁斯·班纳变成绿巨人时，将会产生难以想象的创伤，他绿色的皮肤就是因为整个身体的瘀伤所致。当你擦伤时，受伤处的红血球死去，表面携带氧气的血红蛋白破裂。血红蛋白的代谢产物中有一种被称为胆绿素，使血液呈现绿色，所以创伤的边缘会变得青绿。艾尔瓦拉多推测，或许绿巨人的血液充满了绿色的浩克球蛋白，比血红蛋白能携带更多的氧气输送到肌肉，赋予他力量和耐力。
至于《神奇四侠》中的四位主角也是一样，被爆发的宇宙射线辐射而获得各种不同的超能力。从科学角度看，这几种情况都是非自然条件下诱发的基因突变，一些物理、化学和生物因素都可以诱发基因突变，并且提高突变频率。
在基因改造的研究上，美国人从来就不缺想法。曾有消息说，美国国防部高级研究计划署似乎想把“美国队长”这种看似天方夜谭的电影情节搬到现实中来，军方科学家试图对士兵的能量代谢、负重、睡眠相关基因进行改造。改造后，士兵体内的脂肪将有可能更高效地转化为能量，对食物的需求更少;负重能力得到增强，有利于携带更多的作战装备;生物钟得到调节，睡眠时间减少，清醒时间更长。也就是说，通过基因改造，打造出“不吃、不累、不睡”的超级士兵。或许，等到基因技术发展到一定程度，这样的超级士兵真的会出现。。