天文学家称木卫二可以用作宇宙射线探测器

http://tech.tom.com　 2004年12月07日14时41分来源:TOM科技城子


TOM科技讯　据新科学家网站最新报道：美国一位天文学家最近称冰层覆盖的木卫二将会成为一个巨大的空间高能粒子探测器。他同时还指出太阳系的其它星球也可以扮演“探测望远镜”的角色来探索广阔的宇宙。他的这一发现为人类天文学研究开辟了新的领域
   木卫二也叫欧罗巴(Europa)，它是木星最亮的四颗行星之一，与木星的距离排在其卫星的第七位，最早为伽俐略观测到。在希腊神话中欧罗巴是腓尼基公主，被宙斯化作白牛。


　　来自于美国夏威夷大学的科学家彼得·格尔汉姆指出木卫二自身所具有的唯一特性使它能够出色地探测到宇宙间神秘的、高能量的粒子，例如宇宙射线以及中微子等等。他是在本周由美国国家航空与航天局召开的关于未来空间探索的自由讨论会上提出这一理论的。


　　宇宙射线其实是高能的带电粒子不停地从太空大量降落至地球，它们大多来自于太阳和太阳系内的其它超新星。但是自从20世纪60年代开始，天文学家观测到许多降落到地球的宇宙射线具有超乎想像的巨大能量，以至于人们一时难以解释其组成。格尔汉姆说道：“降落到地球上的高能宇宙射线表明在宇宙中的某个区域有足够的能量把粒子加速到使其能量超过地球粒子加速器一亿倍。这也是当今天体物理学上的一个主要的难解谜团。”


　　这些高能的宇宙射线粒子被认为是来自于银河之外一千万光年距离之内的区域内相邻星系或太阳系自身的星球。大多数从这些星球传来的宇宙射线粒子都无法从地球上直接探测到，原因是它们会与大爆炸后产生的光量子残余物发生碰撞。在这些碰撞中，宇宙射线就会失去部分能量并产生几乎没有质量的粒子。这种粒子被称为中微子，可以被地球观测到。


　　天文学家一直以来都希望通过研究这些高能的中微子来得到更多的关于宇宙射线来源地的信息。由于中微子的几乎不与任何物质发生反应的特性使它一直穿越太空不受阻碍，这也使它成为传播信息的最佳“使者”。格尔汉姆说道：“没有一种其它的粒子能够像中微子那样具有如此高的能量在空间传播。”


　　但是中微子不与任何物质反应的特性也使它难以被研究，因为许多巨大的探测器都是需要捕捉到偶然经过的中微子并使它与一个原子相撞产生反应，并纪录其相关数据而进行研究的。


　　同时，高能的中微子更是稀少。在某一个特定的一平方公里范围内，要想让能够产生高能中微子的宇宙射线穿过每100年才能有一次。迄今为止在地球上还没有做过一次对于这些高能中微子的实验。


　　因此格尔汉姆相信由于木卫二有着类似于月球的巨大体型，它将可以成为一个最为可能的高能中微子探测器。而且他还指出木卫二表面的冰层厚度至少有几公里。这样的厚度足够用来轻松地检测中微子，因为当一个中微子偶尔地击中冰层中的某一原子后，所产生的层阶式次级粒子以及所释放的能量都可以被容易地检测到。这一碰撞产生的能量能够像闪电一般在冰层中前进大约10多米并电离沿途的冰层，同时爆发出一瞬间的射电辐射，大约持续不到十亿分之一秒。


　　一组环绕在木卫二上空的卫星就可以检测到这样的射电脉冲。尽管木卫二上的冰层没有地球南极大陆冰层那么清晰，但是它所具有的极低温度能够有效地减少对射电脉冲的热噪声影响，木卫二冰层温度为-183°C，而南极冰原温度仅为-33°C。还有木卫二表面的冰层覆盖满了整个星球，可以非常容易地探测到从空间各个方向射来的宇宙射线。


　　在这一自由讨论会上其它一些天文学家也提出了不同的建议，例如利用一个环绕地球的平台来监测穿越地球大气层的宇宙射线，还有利用一套月球轨道探测器来监测高能粒子与月球表面物质碰撞产生的射电脉冲等等。