宇宙射線能譜
儘管名字裡有「射線」，宇宙射線並不是光線。它們是真正的粒子——大多是裸質子和原子核，外加一些電子——以接近光速從太空傾瀉到地球上。它們到達時攜帶的能量跨度驚人，從溫和到幾乎難以置信。宇宙射線能譜就是一份清點：在每一個能量上各有多少到達——低能的極多，高能的極少。
把它畫出來，這條譜是一條異常平滑、急劇下降的線，覆蓋了能量上十個以上的數量級。它遵循冪律：粗略地說，能量提高十倍，到達的數目大約下降 500 倍。其中兩個細微的拐點有名字。「膝」位於約 10^15 電子伏特，是這條線變陡的地方——一般認為它標誌著超新星遺跡這類普通銀河系源所能供應的上限。「踝」位於約 10^18 電子伏特，是它重新變平的地方——一般認為它標誌著來自銀河系之外的粒子開始接管。最低能的宇宙射線來自太陽；而在最高能量處，單單一個粒子就能攜帶相當於一記好球的網球的動能，全擠進一個亞原子的微粒裡。
這條譜之所以重要，是因為它的形狀是宇宙加速器的化石記錄。它的平滑暗示存在一種普適的機制（激波中的費米加速）；膝和踝則暗示著不同源族群之間的接力。由於宇宙射線帶電，銀河系的磁場會把它們的方向打亂，所以這條譜主要告訴我們的是能量和數目，而不是精確的起源——而這恰恰是為什麼最高能、幾乎不被偏折的事件，作為信使會如此珍貴。
在低能端，每秒大約有上萬個宇宙射線穿過你攤開的手掌；在「膝」能量處，你要等上一年才有一個擊中一平方米；而在最高能量處，一平方公里的地面也許一個世紀才捕獲一個粒子。這種貫穿整個範圍、平滑的急劇下降，就是宇宙射線能譜。
每個能量上有多少宇宙射線到達：一條帶「膝」和「踝」的陡峭冪律。
宇宙「射線」是粒子，不是電磁射線——這名字是在弄清它們本質之前留下的歷史遺物。而且由於它們帶電，磁場會彎折它們的路徑，所以一個到達方向通常並不指回源頭。