来源：哔哩哔哩
(资料图片仅供参考)
在介绍最新的宇宙线观测结果之前，我们先来介绍一下传统的宇宙线模型。随着人类科技的进步，目前我们已经拥有了许多先进的空间和地面的探测仪器来得到精确的宇宙线数据。然而在上个世纪，尤其是在宇宙线研究的早期，人们基本都是通过气球试验来探测宇宙线。
气球试验就是将探测器安装在气球上，通过气球送入地球的高层大气。尽管如此，地球大气对气球试验的影响还是非常巨大的，加上早期探测仪器方面的限制，导致了这些早期试验得到的宇宙线数据只延伸到了相对低能的区域。以宇宙线电子和正电子为例，下面这张图展示了早期试验得到的电子和正电子的能谱。当时探测得到的最高能量只有10GeV左右（电子能谱现在已经达到了将近20TeV，正电子达到了将近1TeV），在这个比较低的能量范围里，太阳调制作用对宇宙线能谱的影响是非常巨大的，简单来说就是太阳磁场使得宇宙线能谱的形状发生了改变，而对于更高能量处的宇宙线，这一影响可以忽略不计。同时我们也注意到，由于地球大气对气球试验的影响这些早期数据的误差非常大。
传统的宇宙线模型就可以很好地解释当时的观测数据。如下图所示，我们知道银河系里有一个薄薄的银盘，大部分的物质都分布在这个盘上。而在这个银盘之上，还存在一个晕（halo）。宇宙线在传播过程中会被磁场所束缚在晕内。
在前面一篇的简介中已经提到，大部分宇宙线都是由超新星爆发产生的激波直接加速产生的，之后这些宇宙线以扩散的形式在银河系里传播。我们在地球附近探测到的，是经过传播达到稳态后的宇宙线能谱。
要理解观测到的宇宙线能谱，我们需要考虑两个物理过程，一个是宇宙线的初始注入，另一个是宇宙线从银河系里逃逸的时标。简单来说，可以把银河系当做一个水杯，里面装有可乐。一个人在用吸管喝可乐（相当于宇宙线的逃逸）的同时也在往杯子里倒可乐（宇宙线的注入）。这两个过程达到了平衡，使得杯子中的可乐既不会增加也不会减少。
按照传统的激波加速模型，激波加速产生的宇宙线能谱是一个幂律谱，那么宇宙线的初始注入谱。同时，宇宙线的逃逸时标，你可以简单理解为越是高能的宇宙线跑得越快，因此可以在更短的时间里跑出银河系。大家可以把银河系当做一个盒子，里面不停地有宇宙线产生，也不停地有宇宙线跑出去。初始注入谱就是盒子内每秒产生的宇宙线，那么目前盒子里的宇宙线，是在距今这段时间内产生的宇宙线总数，因为更早时间产生的宇宙线已经从盒子里跑了出来。那么达到稳态后，我们所观测到的宇宙线能谱。可以看到，我们所观测到的宇宙线能谱，其实包含了注入和传播两部分的影响。
以上是传统模型在不考虑冷却的情况下对初级宇宙线能谱的预言，可以很好地解释当时的质子、氦核等数据。而在前面的文章里我们也提到，宇宙线中还有一些次级宇宙线，是初级宇宙线在传播过程中形成的产物。这些次级宇宙线是在达到稳态的初级宇宙线基础上产生的，因此它们的注入。那么经过传播被我们所观测到的次级宇宙线能谱。
按照传统模型的预言，我们观测到的次级粒子和初级粒子的比例,随着能量的增加而减小。在得到更精确的数据之前，这一传统模型可以很好地解释当时的观测。然而随着越来越多精密仪器投入使用，我们在宇宙线能谱上发现了许多无法用传统模型解释的现象。在后面的文章里我会介绍一下最新的观测与传统模型之间的差异。这些新的观测为我们更好地理解河内宇宙线起源提供了全新的手段，并且要求我们在传统宇宙线模型之上做出修改。
标签：
