登月五十周年纪念 | 破解神秘闪光之谜

作者：汤振凡

（科学声音新媒体科普创作训练营第一期学员优秀作业）

1972 年 4 月 18 日，历史课本上著名的 “小球转动大球” 的高潮戏——尼克松访华才刚刚过去一个多月。

在距离地球 29 万公里的外太空中，三名宇航员正身处阿波罗 16 号不到 4 米宽的狭窄指令舱里。再经过一天的姿态调整就可以开始登月着陆任务了。

图：参加任务的三名宇航员

帅气的指令长约翰·杨此时却小心翼翼地从储物箱中拿出了一个设备，这是之前的阿波罗计划中从来没有出现过的。那是一个长相怪异的黑色头盔，方方正正的，显得很笨重。仔细观察你会发现，它显然不可能是为出舱行走设计的。因为它只有正面和左右两面，并不能覆盖住宇航员的头，也丝毫没有密闭措施。

图：黑色头盔

约翰·杨转过身来，帮着瘦高的登月舱驾驶员查尔斯·杜克把它戴到了头上。一旁的指挥舱驾驶员托马斯·马丁利尽力憋住不去笑话他。

此时的杜克看上去，真是名副其实的 “铁头娃”。接着，更令人奇怪的事情发生了。戴上头盔后杜克便开始自言自语起来。只听他喊道，“我看到了！一个，星星状的！”，不一会儿又是一句“我又看到了，条状的”。说着还不时举起手在空中比划，似乎要指出他看到的东西。

面对杜克古怪的行为，坐在一旁的杨却似乎丝毫没有为杜克的精神状况担忧的意思。杨之所以能这么淡定，是因为他知道，此时此刻杜克所看见的东西，全人类只有他们三个人看得见。

为了讲清楚阿波罗 16 号上的宇航员们到底在用这个一丝缝隙都没有的方头盔看什么，我们必须回到 3 年前，从伟大的阿波罗 11 号开始讲起。

1961 年，因冷战而生的阿波罗登月计划以近乎张狂的口吻宣称，要在 9 年内让人类踏上 38 万公里外的月球。更张狂的是，美国人居然真的做到了！1969 年 7 月 20 日，在全世界的注视下，宇航员尼尔·阿姆斯特朗跨出了他那历史性的“一小步”。现在，这已然是一个很多小学生都熟悉的传奇故事了。

但大多数人不知道的是，在阿波罗 11 号宇航员的任务报告中，三人无一例外地提到了一种神秘闪光现象 。这种现象在之前的航天任务中从来没有出现过，这让 NASA 的科学家们大惑不解。神秘的闪光第一次被注意到是在阿波罗 11 号返回地球的途中。宇航员回忆道，当指挥舱处于黑暗状态时，或者他们想要入睡时，这种神秘的闪光就会发生。

据宇航员描述，这种闪光一般是白色的，大部分呈星状、点状，也有条状的。闪光转瞬即逝，似乎没有来自什么特殊的角度，朝任意方向都能看得到。更诡异的是，即使宇航员们闭上眼睛也还能看见它们。

在接下来的阿波罗 12 和 13 号任务中，宇航员同样表示看到了这种闪光。参加过多次太空任务的阿波罗 12 号指令长查尔斯·康拉德还特别强调道，在他之前的两次绕转地球的任务中肯定没有看到过这样的闪光。

为了搞清楚这神秘的现象，NASA 从阿波罗 14 号开始，加入了对闪光现象的观测统计任务。经过宇航员们的统计，可以得出：

1. 肯定不是宇航员心理出现了问题，因为除去一人其他所有人都声称看到了这种现象。

2. 这种光似乎很微弱，只有当宇航员们适应了黑暗时才能看到。这也是为什么睡前最容易看见他们。

究竟是什么造成了神秘闪光呢？

各种各样的解释被提了出来。其中就有人认为，是太空中的宇宙射线造成的。因为在近地轨道的宇航任务中这种闪光从没有出现过，这可能是地球磁场屏蔽宇宙射线导致的。而阿波罗计划正好是人类第一次远离地球强大的磁场保护。

宇宙射线这个酷炫的名字不知道你有没有听过。它是天体物理学家对宇宙高能射线的简称。

19 世纪末，法国物理学家贝克勒尔发现了原子核的辐射现象。马上便有人猜想，空气中的粒子有可能因为大地放出的辐射而电离。空气电离的现象很快得到了证实。但奇怪的是当科学家带着电离计爬上埃菲尔铁塔时，他们测到的电离度不但没有降低，反而比地面更高了。这和大地放出辐射电离空气的理论显然是矛盾的！

为了进一步证实这个现象，1912 年奥地利物理学家维克多·海斯亲自冒险，带着电离计乘坐热气球飞到 5 公里高的空中。经过海斯的测量，结论是随着海拔升高，空气的电离度确实在不断飙升。海斯推断，这是由于大气层外持续不断的辐射轰击大气造成的。从此人们知道了，地球的大气层之外远不像它看上去的那样安静。因为发现宇宙射线，海斯获得了 1936 年的诺贝尔物理学奖。

斗转星移，经过了一个多世纪的研究，目前我们可以确信，宇宙射线主要由电子、质子和原子核组成。宇宙射线的分布在地球周围是这样的，低能的部分大都是由太阳产生的，中等能量的则由银河系内的超新星爆发产生，而高能部分现在还存在着争议。

我们不妨这么理解，我们的宇宙就像一间巨大的粒子实验室，里面放有各种各样奇怪的粒子加速器。他们像喷泉一样不停地向太空中喷射高速粒子。而宇宙中弥散的电场就像吹向喷泉的风，它们把带电粒子的路径弯来折去。最后我们接收到的宇宙射线便是那风所吹出的阵阵水雾。

可是这里却有一个明显的问题！人眼睛里的视觉细胞并不能感应到宇宙射线，也就是带电粒子，它们只对可见光敏感。那么航员们怎么可能看到宇宙射线呢？有的理论认为是宇宙射线在舱室中发出了切伦科夫光，那是一种高速带电粒子的发光现象。也有理论认为是宇宙射线通过激发和退激发在视网膜上产生了电刺激。

为了确定宇航员们是不是真的看到了 “虚无缥缈” 的宇宙射线，开头那一幕略显荒诞的实验便诞生了。杜克戴到脑袋上的那个长相怪异的方形头盔，其实是 NASA 设计的头戴式粒子探测器。

简单说来，这个探测器的功能就是记录下宇宙射线粒子到来的时间和方向。登月返回以后，将宇宙射线记录跟宇航员看到的闪光记录进行对比。如果发现多数是对应的，便证实了宇宙射线造成闪光的猜测。

具体怎么实现这些目标呢？摆在我们面前的第一个问题就是，怎么探测宇宙射线。解决方案是，在头盔中安装有类似相机胶片一样的敏感材料，当宇宙射线经过这种乳剂层时便会留下痕迹。这样就实现了宇宙射线的探测。

第二个问题是，在那个年代，计算机无论从体积还是从算力上来说都远没有现在先进，不可能应用到探测器上。那如何记录一个宇宙射线的到达时间呢？聪明的 NASA 工程师想出了一个很妙的方案。在头盔的的内部有一个转动装置，它可以以每秒钟一片的速度更换乳胶层。这样就获得了间隔为 1 秒的分辨能力，可以知道宇宙射线是何时到达的。头盔内可更换的乳胶层总共有 60 片，这也意味着这个装置的可使用时长只有一分钟。

图：探测器内部结构

经过阿波罗 16 号和 17 号的观测对比，可以得出结论，宇航员们看到的闪光就是经过他们眼睛的宇宙射线造成的。但是，小心谨慎的 NASA 还不满意。他们特意在地面加速器上重复了这个过程。也就是让志愿者暴露在加速器的粒子束前，看看他们能否看见闪光。结果跟意料的一样，志愿者们，其实也就是科学家们自己。他们确实看到了同样的闪光 。到此，神秘闪光现象终于有了答案。

尽管宇宙射线的存在早在 20 世纪初就已经被发现。可直到今天，全人类中真正亲眼见过宇宙射线的人，也就只有阿波罗计划和其他少数几个太空任务的宇航员而已 。这段有惊无险的历史也似乎在提醒我们，神秘的太空永远有着超乎想象的精彩，等待着我们去探索。

参考文献：

[1]https://history.nasa.gov/SP-368/s4ch2.htm

[2]https://web.archive.org/web/20140511163326/http://ares.jsc.nasa.gov/HumanExplore/Exploration/EXLibrary/docs/ApolloCat/Part2/ALFMED.htm

[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_ray_visual_phenomena

结尾一嗑

科小羽

让我们听听本文的作者——汤振凡同学的“结尾废话”：

Hello，大家好，我叫汤振凡，因为喜欢汪老师的科普风格，所以参加到这次训练营中。现在学业过半，觉得自己真的成长了很多。

写作这篇有关阿波罗的文章我用掉了一周多的业余时间。这一周多的时间里大概只有 30% 的时间是用来输出的，剩下 70% 的时间都用来输入了，所以基本上是在边学习边写作的过程。

我真的很享受把维基百科上的一个亮点变成最终一篇科普文的过程，我读了有几十页的英文资料，删改了很多次，但是就算这样依然觉得有很多的不足，既有专业的问题，觉得自己没有讲透，又感到在排篇布局、遣词造句上面的功力还差得很远。

阅读和收听科普是我人生的一大爱好，所以能有机会在这里和大家分享，我真的感觉很幸运，谢谢大家！

登月知识小考题

答案在这里找

小贴士

在公号后台发送 往期汇总 查看往期公号文章

更多推荐

8.24 北京，第五届理性的力量科普演讲会

余票抢购中

点击“阅读原文”即可抢票