来自 《自然》 杂志
这听起来像一个阴谋论：来自深空的“宇宙射线”可能正在地球大气层中形成云并改变气候。然而，在瑞士日内瓦附近欧洲高能物理实验室 CERN 进行的一项实验，正在发现初步证据支持这一观点。
今天发表在《自然》杂志上的这些发现是初步的，但它们正在激起一场关于来自遥远恒星的辐射在改变气候中所起作用的长期争论。
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一个世纪以来，科学家们都知道来自太空的带电粒子不断轰击地球。这些粒子被称为宇宙射线，主要是在超新星爆发时喷射出的质子。当质子穿过地球大气层时，它们可以使挥发性化合物电离，导致这些化合物凝结成空气中的液滴或气溶胶。然后，云可能会在液滴周围积聚。
到达地球的宇宙射线的数量取决于太阳。当太阳发出大量辐射时，其磁场会屏蔽地球免受宇宙射线的侵袭。在太阳活动较低的时期，会有更多的宇宙射线到达地球。
科学家们对这些基本事实达成了共识，但在宇宙射线是否可以在云的形成和气候变化中发挥重要作用方面，意见分歧很大。自 20 世纪 90 年代末以来，一些人认为，当高太阳活动降低宇宙射线水平时，反过来会减少云量并使地球变暖。其他人则认为，没有统计证据表明存在这种影响。
两极分化的视角
“人们的两极分化太过严重，而且在我看来，目前我们理解薄弱的重要领域有很多，” CERN 的物理学家贾斯珀·柯克比说。他特别指出，关于宇宙射线对大气化学的确切影响，很少进行受控研究。
为了找出答案，柯克比和他的团队正在一项名为“宇宙射线离开室外液滴（CLOUD）”的实验中，将大气带到地球上进行研究。该团队在一个定制的腔室中填充超纯空气和被认为可以促进云形成的化学物质：水蒸气、二氧化硫、臭氧和氨。然后，他们用来自大型强子对撞机（世界上最强大的粒子加速器）的同一加速器中的质子轰击腔室。随着人造宇宙射线的涌入，该小组仔细采样人工大气，以观察射线产生的影响。
早期结果似乎表明宇宙射线确实会引起变化。高能质子似乎将纳米级粒子从气态大气中的产生量提高了十倍以上。但是，柯克比补充说，这些粒子太小，无法作为云的种子。“目前，它实际上并没有说明宇宙射线对云和气候的可能影响，但这是一个非常重要的第一步，”他说。
辩论双方的科学家都欢迎这些发现，尽管他们得出了不同的结论。“当然，还有许多事情需要探索，但我认为宇宙射线/云播种假说正在与现实趋于一致，”丹麦哥本哈根技术大学的物理学家亨里克·斯文斯马克说，他声称气候变化与宇宙射线之间存在联系。
其他人则不同意。英国雷丁大学的太空和环境物理学家迈克·洛克伍德持怀疑态度，他反驳说，CLOUD 实验“并没有巩固这种联系”。洛克伍德表示，与大气中的其他云形成过程相比，这些小颗粒可能生长得不够快或不够大，因而并不重要。
英国利兹大学的气候学家皮尔斯·福斯特说：“我认为这是一项非常值得且早就应该进行的实验。”他为政府间气候变化专门委员会的最新科学评估研究了宇宙射线与气候之间的联系。但至少目前而言，他说，这项实验“可能提出的问题多于它回答的问题”。
柯克比希望这项实验最终能够回答有关宇宙射线的问题。他说，在未来几年，他的团队计划在腔室中使用更大的粒子进行实验，并希望最终产生人工云进行研究。“我们将不得不进行一系列测量，这将至少需要五年时间，”他说，“但最终，我们希望以某种方式解决这个问题。”
本文经《自然》杂志许可转载。该文章于 2011 年 8 月 23 日首次发表。