宇宙线是由速度不断增大、带有正电荷和质量颇大的亚原子粒子组成的，在这些粒子当中有百分之九十左右是质子（氢原子核），百分之九是α粒子（氦原子核）。剩下的百分之一是更复杂的原子核。已经探测到其中有像铁那样复杂的原子核（铁原子核的质量等于单个质子质量的56倍）。

由于宇宙线粒子的质量这样大，并且又以极其巨大的速度运动（很接近光速），它们就带有极大的能量。事实上，它们是我们所知道的、能量最大的粒子，有些宇宙线粒子的能量比用最最大的加速器所能产生的粒子还要高几十亿倍。

宇宙线粒子在迅猛地撞入地球的大气中时，把它们所碰到的任何原子都击得粉碎，从而产生大量的“次级辐射”，这是由包括介子和正电子在内的各种各样粒子组成的。最后，这种辐射猛烈地撞到地球本身，其中有一部分能穿入地下好多米才被吸收掉；这样的粒子会使它们所碰到的任何原子（包括人体中的各种原子）发生变化。可以想到，这样带来的变化会引起白血球增多症这类疾病。它们还有可能诱发突变。不过，就任何一个特定的个体来说，发生这种情形的机会都是很小的，因为所有碰巧能击中某个特定的人的宇宙线粒子，几乎全都会从他身上穿过去，而不对他造成重大的损害。

宇宙线粒子的确切来源和它们获得巨大能量的办法，都是现在争论不休的问题。

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