除了光还有物质从星星传递给我们吗？

直到进入 20 世纪，我们从太阳系外的星辰密布的宇宙中收到的重大信息只有光。我们就是通过光来研究星体的位置、亮度、运动、温度、化学成分以及对其他物体的重力效应。但是有另一类型的信息从星体到达地球。

1896 年，放射现象被发现后，科学家学会利用各种仪器测量放射引起的辐射能。即使很小量的辐射能也是可测定的。保护铅屏后面的探测器是可能的，因为铅屏吸收强辐射能，而且根据要求阻挡辐射所需的铅屏厚度，可估算出能量大小。令科学家惊讶的是，当提供足够的保护来阻挡他们所知道的所有放射性辐射线时，某些特殊的强辐射仍能设法穿透正进行测量的仪器。问题是，这些未知的辐射线是什么？

好像是美籍的奥地利物理学家维克多·弗兰斯·赫斯指出，不管此辐射线是什么，它必定来自地球上的某种资源。在 1911 年，他用气球把保护得很好的运行着的探测仪送到高空，开始着手证明自己的观点。在晚上 5 点，他把 10 个气球上升到 6 英里高处。让他吃惊的是，他发现它们升得越高，探测到的辐射能越强。在到达的最高处，辐射能比在地球表面上测得的要强 8 倍，根据上述情况，他只能总结出，辐射线不是地球提供的，而是来自太空。其他人开始调查研究大量给予地球各处的辐射线，在 1925 年，美国物理学家罗伯特·安德鲁斯·米利肯把此辐射线命名为宇宙射线，因为它们来自宇宙。

关于宇宙射线性质的问题还未解决。米利肯认为它们具有光一样的形式，但比光本身的能量强得多。另一位美国物理学家阿瑟·霍利·康普顿则认为它们是由以接近光速传播的高能带电逊原子粒子组成的。但如何才能证明呢？

如果宇宙射线像光一样，那么它们就不受地球磁力的影响；如果它们是带电粒子，那么它们将因场的存在而改变方向，而且到达地球磁极附近的粒子比到达远离地球磁极处的粒子多。在 20 世纪 30 年代，康普顿周游世界，同时测量各处宇宙射线的强度，发现确实是在靠近磁极处强度变强。宇宙射线是带电粒子。

作为结果，它们是以太阳风的形式被太阳辐射出来的带同种电荷的粒子。它们是带正电的原子核，大多数是氢原子。当太阳耀斑发出能量非常高的太阳风气流时，快速传播的原子核就会具有高能，事实上，它们是弱宇宙射线。然而，从太阳系外传播到地球的宇宙射线，比太阳产生的宇宙射线能量要高得多，而被偶然事件引发的宇宙射线能量可能比仅由太阳耀斑发出的宇宙射线的能量强。例如，像超新星爆炸。其次，当宇宙射线在宇宙中穿行时，它们由于磁场的存在而继续被改变方向，这有助于增快它们的速度，提高它们的能量。

由于许多原因，宇宙射线是重要的。我们可以谈谈较早期它在生物学进化上的影响，同时一般地讲述关于宇宙的化学构成，和对科学家有帮助的在大气层产生的原子碰撞，这些碰撞比我们现在人工引发的碰撞所产生的能量要高得多（尽管等待某种特别类型的宇宙射线的碰撞可能会十分单调沉闷，现在已有了原子碰撞机，它能产生较温和的碰撞，也能产生所要求的任意数量级的碰撞）。

宇宙射线有一个重要的缺陷，它们不能向我们提供宇宙中具体事件的特定信息。它们的路径因磁场作用而改变得太大以至于无法分辨出它们最初来自什么方向。

除了宇宙射线以外，还有中微子，它是质量为零的不带电的原子核，因而它以光速在太空中运动。1931 年，奥地利物理学家沃尔夫冈·波利在理论领域中首先预言了它们的存在。1932 年，粒子被恩利考·弗米命名为中微子（意大利语中指不带电的物质）。

既然中微子没有质量，也不带电荷，既然它们很少与普通物体相互作用，那么它们几乎是不可能被测量的。但它们的存在是那么的便利，以至于物理学家承认它们是实际存在的，实际上，直到 1956 年，中微子才被两个美国物理学家弗雷德利克·里恩斯和克莱德·劳瑞·考沃发现。

与宇宙射线不同，它们不带电而且不受磁场影响，取而代之的是它的传播路线与光传播路线一样笔直向前（忽略重力场的微小作用）。宇宙射线是由太阳和其他星体大量产生的，而且据估计，在宇宙中存在着差不多是中微子 10 亿倍的更普通的原子核。

除非在极短时间内中微子没有与其他物体碰撞并穿过物质时，才能被捕捉到，这就导致只能测出几万亿个穿过探测仪器中的几个。例如，里恩斯在几十年中一直设法测量太阳释放出的中微子。事实上，他连续测到了一些，但只有 1/3 是由理论上预料到的。造成这种情况的原因还不知道，目前，它被称为“中微子缺损的秘密”。

1987 年，一个超新星出现在大麦哲伦云时（因为它只有 15 万光年

远，所以从 1604 年起它就是离我们最近的超新星），首次指出，由于超新星爆炸，在阿尔卑斯山脉下一台正进行测量的仪器（中微子望远镜）中意外地发现了 7 个被测量的中微子。随着探测仪的改进，别的中微子也能被发现，这就会告诉我们更多宇宙中的剧烈活动。总之，1987 年被看成是太阳系外的“中微子天文学”的开端。

另一个从太空向我们传播的粒子是引力子。就像中微子一样，引力子也是质量为零的不带电的粒子，并以光速传播。它们是我们所知道的最弱的和最难测量的粒子。1916 年，阿尔伯特·爱因斯坦首次预言了它们的存在，但到目前为止，所有寻找它们的尝试都失败了，虽然物理学家确认它们是存在的。如果引力子能够被探测出来，它们将带来有关宇宙中剧烈活动的信息。

以波的形式传播的光和像光一样的辐射，存在于粒子般的单元中（所有的波都具有粒子性，所有的粒子都具有波的形式）。1905 年，爱因斯坦把光的粒子称为光子，这源自希腊语中的光。显然，至今我们从宇宙接收到的最多的信息是通过光子，得到的不仅是通过可见光的光子，还有其他类型的光子，比可见光的光子能量强或弱。