银河宇宙线

概述指来自银河系的高能粒子，这些粒子在进入地球磁场控制的区域之前称为初始宇宙线。通常初始宇宙线的强度变化很小，只在太阳活动非常剧烈的时候，太阳风暴经过的区域银河宇宙线的强度才会出现大幅度的下降。从长时间看，银河宇宙线强度受太阳活动的影响有 5 年左右和 11 年左右的周期。在太阳活动高年，银河宇宙线的强度最低，在太阳活动低年，银河宇宙线的强度最高，即太阳活动的周期与银河宇宙线强度的周期几乎是反相的。

化学组成宇宙线的主要核成分是氢和氦。动能在2.4×109电子伏以上的粒子中，氢和氦分别占94％和5.5％，其他元素只占0.5％。这种成分比例常称为宇宙线元素丰度。

银河宇宙线的化学组成与太阳的化学组成非常相似。但例外的是轻元素(Li、Be、B)和化学元素周期表中在Fe以前的元素丰度特别高，这是银河宇宙线中的元素(C、N、O)和Fe与星际气体相互作用,发生核反应的结果。

银河宇宙线中C、N、O、Mg、Si、 Fe的同位素丰度与太阳系中的丰度是一致的。但是(Ne/(Ne是例外，其值为0.49，约为太阳系的值的4倍。(Ne是C、N、O、He的核燃烧产物，而(Ne像太阳系那样是碳核燃烧的产物。银河宇宙线中(Ne比较丰富,说明它的来源可能是超新星爆发的产物。

银河宇宙线能量超过 1010电子伏的宇宙线，绝大部分起源于银河系。在中、低纬度地面观测到的宇宙线，主要也是银河宇宙线及其与大气相互作用产生的次级宇宙线。

宇宙线的高能各向异性 在E约小于1010电子伏特的较低能量时，宇宙线有明显受太阳和行星际磁场控制的各向异性。在1011～1014电子伏能量范围，宇宙线的各向异性很小，约小于0.07％，其大小和相位均不随能量而变。在能量E约大于1015电子伏，各向异性随能量而增大，其相位也发生变化。值得注意的是，恰好在此能量，宇宙线核成分的能谱也变陡。根据银河大尺度磁场可以粗略估计出质子和铁的各向异性相位，大体上与宇宙线观测相符合。

在银河系的分布观测表明，E≥108电子伏的γ射线的分布集中在银道面上。除了个别与船帆座以及蟹状星云等超新星遗迹有联系的峰外，γ射线在银道上的分布集中在离银心±40°经度范围。这部分能量的γ射线是宇宙线质子（E=109～1010电子伏）与星际氢相互作用的产物。根据21厘米射电辐射和紫外线观测，可以求出原子和分子氢在银道内的密度分布，从而反推出宇宙线在银河系内的分布。

长期变化关于宇宙线强度在漫长的地质年代是否有变化的问题，通过对陨石、深海沉积物和月球样品进行分析结果表明，在过去10亿年内，宇宙线强度的系统变化不超过两倍，而在最近二、三百万年内，宇宙线强度未发生过30％以上的变化。

起源大体上有两种学说。一种是宇宙线分离源说，认为银河宇宙线起源于超新星或其他天体。这是1934年巴德(W.Baade)和兹威基(F.Zwicky)首先提出来的,60年代又为金兹堡（В．Л．Гинзбург,又译京兹堡）和瑟罗瓦茨基（С．И．Сыроватский）加以发展。这种学说的主要困难，是如何使不同的源发射结合成统一的幂律谱。另一种是宇宙线弥散源说，这是费米(E. Fermi)在1949年首先提出来的，他认为带电粒子和具有磁场的星际气体的波动随机碰撞可以得到加速。这种学说可以很好地解释银河宇宙线的幂律谱，但是波动能量的来源问题没有得到解决。最近的研究则倾向于把这两种学说结合起来，即超新星爆发的遗迹的湍流和激波对粒子的费米加速。