发现
1912年，德国科学家韦克多·汉斯带着电离室在乘气球升空测定空气电离度的实验中，发现电离室内的电流随海拔升高而变大，从而认定电流是来自地球以外的一种穿透性极强的射线所产生的，于是有人为之取名为“宇宙射线”。
形成
宇宙射线（cosmic ray）一般指约在46亿年前刚从太阳星云形成的地球。初生的地球，固体物质聚集成内核，外周则是大量的氢、氦等气体，称为第一代大气。
形成地壳
那时，由于地球质量还不够大，还缺乏足够的引力将大气吸住，又有强烈的太阳风（是太阳因高温膨胀而不断向外抛出的粒子流，在太阳附近的速度约为 每秒350～450公里），所以以 宇宙射线氢、氦为主的第一代大气很快就被吹到宇宙空间。地球在继续旋转和聚集的过程中，由于本身的凝聚收缩和内部放射性物质的蜕变生热，原始地球不断增 温，其内部甚至达到炽热的程度。于是重物质就沉向内部，形成地核和地幔，较轻的物质则分布在表面，形成地壳。初形成的地壳比较薄弱，而地球内部温度又很 高，因此火山活动频繁，从火山喷出的许多气体，构成了第二代大气即原始大气。原始大气是无游离氧的还原性大气，大多以化合物的形式存在，分子量大一些，运 动也慢一些，而此时地球的质量和引力已足以吸住大气，所以原始大气的各种成分不易逃逸。以后，地球外表温度逐渐降低，水蒸汽凝结成雨，降落到地球表面低凹 的地方，便成了河、湖和原始海洋。当时由于大气中无游离氧（O2），因而高空中也没有臭氧层来阻挡和吸收太阳辐射的紫外线，所以紫外线能直射到地球表面， 成为合成有机物的能源。此外，天空放电、火山爆发所放出的热量，宇宙间的宇宙射线（来自宇宙空间的高能粒子流，其来源目前还不了解）以及陨星穿过大气层时 所引起的冲击波（会产生摄氏几千度到几万度的高温）等，也都有助于有机物的合成。但其中天空放电可能是最重要的，因为这种能源所提供的能量较多，又在靠近 海洋表面的地方释放，在那里作用于还原性大气所合成的有机物，很容易被冲淋到原始海洋之中。
宇宙射线产生
太阳系是在圆盘状的银河系中运行的，运行过程中会发生相对于银河系中心位置的位移，每隔6200万年就会到达距离银河系中心的最远点。而整个 “银河盘”又是在包裹着它的热气体中以每秒200公里的速度运行。“银河盘并不像飞盘那样圆滑，”科学家称，“它是扁平的。”当银河系的“北面”或前面与 周围的热气摩擦时就会产生宇宙射线。
研究
出于对宇宙射线研究的重视，世界各国纷纷投入资金与设备对其展开研究。前苏联、日本、中国、美国、法国等国家相继建立了宇宙射线观测站。虽然宇宙射线的起源尚无定论，但科学家们仍然逐步了解了宇宙射线的种种特性，以及对地球和人类环境的影响。
宇宙射线的起源和传播
宇宙线的起源通常指宇宙线中的主要成分──各种原子核 的发射和加速过程。宇宙线在空间中的运动和分布，属于宇宙线的传播问题。宇宙线的起源和传播问题是彼此密切相关的:加速和传播阶段不能截然划分开;相当一 部分初级宇宙线原子核产生于传播过程中。宇宙线的起源和传播是高能天体物理学中一个重要的问题。宇宙线是各种天体演化过程的产物，特别是各种高能天体物理 过程的产物，携带着这些过程的丰富信息。
观测方式
我们知道，宇宙线主要是由质子、氦核、铁核等裸原子核组成的高能粒子流；也含有中性的珈玛射线和能穿过地球的中微子流。它们在星系际银河和太阳磁场中得到加速和调制，其中一些最终穿过大气层到达地球。人类对宇宙射线作微观世界的研究过程中采用的观测方式主要有三种，即：空间观测、地面观测、地下观测。
建立观测站
为了有效和长期对宇宙射线进行观测，各国都相继建立了观测站。1943年，前苏联在亚美尼亚建立了海拔3200米的阿拉嘎兹高山站；日本在战后 建立了海拔2770米的乘鞍山观测所；1954年我国建立了海拔3200米的云南东川站。1990年，中日双方共同合作建立了西藏羊八井宇宙射线观测站。 几乎所有外来的高能宇宙线，除中微子外在穿过大气层时都要与大气中的氧、氮等原子核发生碰撞，并转化出次级宇宙线粒子，而超高能宇宙线的次级粒子又将有足 够能量产生下一代粒子，如此下去，将会产生一个庞大的粒子群；这一现象是1938年由法国人奥吉尔在阿尔卑斯山观测发现的，并取名为“广延大气簇射”。
广延大气簇射研究过程
在广延大气簇射过程中，能量低于10的14次方电子伏特的粒子很难到达3000米以下的低空，而是在4000米处超高能粒子群发展到极大。由于西藏羊八井地处海拔4300米，终年无积雪，地势平坦开阔，在能源、交通及生活上都具有便利条件，科研人员可在此进行长年不间断观测。 以羊八井的闪烁体探测器为例，当粒子穿过闪烁体时在其中损失能量使闪烁体发生荧光，这一束闪光经过光阴极转换和光电倍 增管放大后变为一个电脉冲信号。这个信号经过电缆被送到电子学记录系统，由磁带进行全年不间断记录。同时我们可以想到，如果我们在单位面积上安装的闪烁体 越多、密度越大；所接收的射线粒子也越多，记录就更精密。除闪烁体探测器以外，羊八井站建成的宇宙射线采集方式还有：80平米乳胶室和地方性簇射探测器；中子堆中中子望远镜；试验型50平米RPC地毯式探测器。
