宇宙射線的發現

宇宙射線的跡象在最初用游離室觀測放射性時就被人們注意到了，起初曾認為驗電器的殘餘漏電是由於空氣或塵土中含有放射性物質造成的。

1903年，盧瑟福（Ernest Rutherford，1871-1937）（左圖）和庫克（H.L.Cooke）研究過這個問題。他們發現，如果小心地把所有放射源移走，在驗電器中每立方釐米內，每秒鐘還會有大約十對離子不斷產生。他們用鐵和鉛把驗電器完全屏蔽起來，離子的產生幾乎可減少十分之三。他們在論文中提出設想，也許有某種貫穿力極強，類似於γ射線的輻射從外面射進驗電器，從而激發出二次放射性。

1909年，萊特（Wright）為了搞清這個現象的緣由，在加拿大安大略（Ontario）湖的冰面上重複上述實驗，發現游離數略有減小。

1910年，法國的沃爾夫（Father Theodor Wulf）在巴黎300米高的艾菲爾塔頂上進行實驗，比較塔頂和地面兩種情況下殘餘電離的強度，得到的結果是塔頂約為地面的64％，比他預計的10％要高。他認為可能在大氣上層有γ源，也可能是γ射線的吸收比預期的小。

1910-1911年，格克耳（Alfred Gockel）在瑞士的蘇黎世讓氣球（右圖）把電離室帶到4500米高處，記錄下幾個不同高度的放電速率。他的結論是：「輻射隨高度的增加而降低的現象……比以前觀測到的還要顯著。」

這種源的放射性與當時人們比較熟悉的放射性相比具有更大的穿透本領，因此人們提出這种放射性可能來自地球之外——這就是宇宙射線最初的跡象。

奧地利物理學家赫斯(Victor Franz Hess,1883-1964)（右圖）是一位氣球飛行的業餘愛好者。他設計了一套裝置，將密閉的電離室吊在氣球下，電離室的壁厚足以抗一個大氣壓的壓差。他乘坐氣球，將高壓電離室帶到高空，靜電計的指示經過溫度補償直接進行記錄。他一共製作了十隻偵察氣球，每隻都裝載有2～3臺能同時工作的電離室。

1911年，第一隻氣球升至1070米高，在那一高度以下，輻射與海平面差不多。翌年，他乘坐的氣球升空達5350米。他發現離開地面700米時，電離度有些下降（地面放射性造成的背景減少所致），800米以上似乎略有增加，而後隨著氣球的上升，電離持續增加。在1400米～2500米之間顯然超過海平面的值。在海拔5000米的高空，輻射強度竟為地面的9倍。由於白天和夜間測量結果相同，因此赫斯斷定這種射線不是來源於太陽的照射，而是宇宙空間。

赫斯認為應該提出一種新的假說：「這種迄今為止尚不為人知的東西主要在高空發現……它可能是來自太空的穿透輻射。」1912年赫斯在《物理學雜誌》發表題為「在7個自由氣球飛行中的貫穿輻射」的論文。

赫斯的發現引起了人們的極大興趣，從那時開始，科學界對宇宙射線的各種效應和起源問題進行了廣泛的研究。最初，這種輻射被稱為「赫斯輻射」，後來被正式命名為「宇宙射線」。當時，許多物理學家懷疑赫斯的測量，並認為這種大氣電離作用不是來自太空，而是起因於地球物理現象，例如組成地殼的某種物質發出的放射性。現在認為，宇宙線是來自宇宙空間的高能粒子流的總稱。

1914年，德國物理學家柯爾霍斯特（Werner Kolhorster，1887-1946）將氣球升至9300米，游離電流竟比海平面大50倍，確證了赫斯的判斷。