The Amerigo Vespucci as a traveling laboratory for studying the cosmic-ray fluxes at sea level
在 2023–2025 年意大利海军训练舰“阿梅里戈·韦斯普奇”号（Amerigo Vespucci）的全球航行期间，研究人员利用塑料闪烁体探测器测量了跨越广泛纬度的海平面宇宙射线通量，并观察到由于地球地磁场配置的影响，在北纬 7° 附近的最低速率与在的里雅斯特（Trieste）测得的最高速率之间存在 16% 的差异。
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想象一下，地球被包裹在一个巨大的、隐形的磁力场中，就像一个保护性的气泡。这个气泡扮演着一个极其严格的“保镖”角色：它决定哪些高速运动的空间粒子（称为宇宙射线）可以进入我们的地球大气层，而哪些会被挡在外面。
这篇论文讲述了科学家们如何利用一艘具有历史意义的意大利海军帆船——“韦斯帕奇号”（Amerigo Vespucci），将其作为一个巨大的移动实验室，来测试这个“保镖”，并观察随着在全球航行时，太空天气是如何变化的。
以下是他们这场冒险的详细拆解：
任务：漂浮的实验室
“韦斯帕奇号”是一艘用于培训年轻海军军官的美丽的高桅杆帆船。在 2024 年晚些时候，科学家们将一个特殊的“宇宙射线探测器”绑在了这艘船上。你可以把这个探测器想象成一个高科技的雨量计，但它捕捉的不是雨水，而是从太空中飘落下的隐形粒子。
这艘船从澳大利亚的达尔文出发，一路航行到意大利的的里雅斯特，随后继续穿过地中海抵达热那亚。这次航行横跨了广泛的纬度，从炎热的赤道一直到较冷的北半球海域。
“保镖效应”（纬度）
主要的发现是关于地球磁场如何随地理位置的变化。
- 赤道是一个严厉的保镖： 在赤道附近（北纬 7° 左右，靠近新加坡和普吉岛附近），地球磁场对进入粒子的阻挡最为强劲。它就像一个非常严格的保镖，只允许最强壮、能量最高的粒子通过。因此，探测器在这里记录到的粒子数量是最低的。
- 两极是一个宽容的保镖： 随着船只向北驶向意大利，磁力“保镖”变得更加宽松，它允许更多的粒子通过。当船到达的最北端——的里雅斯特时，探测器记录到的粒子数量比在赤道附近增加了约 16%。
科学家们发现，一旦你越过某个特定的纬度（北纬 40° 左右），这个“保镖”就不再改变主意，粒子计数也会趋于平稳。
“太阳风暴”（福布什减少现象）
航行期间，太阳正处于一个活跃时期（太阳活动周期 25）。太阳偶尔会喷射出巨大的磁能云和粒子流，称为日冕物质抛射。
当这些太阳云撞击地球时，它们会将宇宙射线推开，就像强风吹散雨云一样。科学家们将这些事件称为“福布什减少”（Forbush decreases）。
- 他们在航行期间观测到了七次主要的太阳风暴。
- 每当风暴袭来，探测器都会记录到宇宙射线数量的突然剧烈下降。
- 有趣的是，这种下降在船上的幅度（约 1–4%）远小于芬兰一个固定探测器的幅度（约 3–12%）。这表明撞击船只的粒子（主要是缪子）更加强韧，且来自更高能量的来源。
工具与“天气”
为了确保测量结果的准确性，科学家们不仅在计数粒子，还监测了船只周围的环境。
- 温度与气压： 正如天气会影响降雨一样，气压也会影响有多少粒子到达海平面。他们针对这一点对数据进行了修正，以确保粒子计数的下降并非仅仅是因为气压变化所致。
- 船只的倾斜： 由于船会在波浪中摇晃，探测器也会随之倾斜。科学家们通过数学方法对这种“摇晃”进行了修正，以确保他们统计的是垂直向下的粒子，而不仅仅是侧向进入的粒子。
结论
当“韦斯帕奇号”于 2025 年 6 月在热那亚完成旅程时，科学家们证实了他们的猜想：
- 位置至关重要： 由于地球磁场的屏蔽作用，你在赤道附近接收到的宇宙射线较少，而在两极附近接收到的较多。
- 太阳很重要： 太阳风暴可以暂时清除天空中的宇宙射线。
- 探测器很可靠： 一个安装在移动船只上的简单的塑料闪烁体探测器，可以提供精确且高质量的数据，能够与陆地上大型固定探测器所观测到的数据相匹配。
简而言之，这艘船充当了一个巨大的移动标尺，测量着隐形的宇宙射线“降雨”，并证明了地球的磁场屏蔽是一个动态变化的力，完全取决于你站在地图上的哪个位置。
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