雷電交加，伽馬射線令人興奮
雷電交加，伽馬射線令人興奮
研究人員將閃電與雲層中的伽馬射線現象聯繫起來
東京大學研究生和田月之(Yuuki Wada)與來自日本的同事們發現了雷擊與雷雲中的兩種伽馬射線現象之間的聯繫。研究表明，在一定條件下，雷雲發出的弱伽馬射線可能先於閃電及其伴隨的伽馬射線閃光。
在日本中部石川縣金澤市，和田和他的同事與當地學校和企業合作，在建築物上安裝輻射監測器。不過，由於擔心當地的輻射水平，這些輻射監測器沒有安裝在那裡。它們形成一個網路，其目的是探測來自天空的輻射。這可能會讓一些人感到驚訝，但30年前人們就知道雷暴會帶來伽馬射線活動。「人們永遠都能看到閃電，聽到雷聲。這就是我們體驗大自然力量的方式。」隨著電磁學的發現，科學家們學會了用無線電接收器觀察閃電。但是現在我們可以在伽馬射線中觀察到閃電——電離輻射。這就像有四隻眼睛去研究這些現象一樣。」
與雷雨雲相關的伽馬射線現象有兩種:伽馬射線發光，持續約一分鐘的微弱輻射，以及短暫的地球伽馬射線閃光(TGFs)，它以閃電的形式發生，比伽馬射線發光強烈得多。兩者都發生在夾在不同電荷層之間的雷雨雲區域。帶電區域使電子加速到接近光速。在這種被稱為相對論性的速度下，離空氣中氮原子原子核非常近的電子會稍微慢下來，並釋放出一種能說明問題的伽馬射線。這叫做軔致輻射。「在金澤的冬季雷暴期間，我們的監測器檢測到TGF和雷擊同時發生。這很常見，但有趣的是，我們也在同一時間在同一區域看到了伽馬射線的輝光。」此外，當閃電擊中時，亮光突然消失了。我們可以肯定地說，這些事件密切相關，這是首次觀察到這種關聯。」
閃電放電的機理受到了人們的高度重視，這項研究可能會提供以前未知的見解。Wada和他們的團隊打算進一步研究伽馬射線發光不僅發生在雷擊之前，而且可能是雷擊產生的可能性。伽瑪射線閃光的輻射水平相當低，大約是普通醫用x射線的十分之一。
「我們的發現標誌著閃電研究的一個里程碑，我們很快將把輻射感測器的數量增加一倍，從23個增加到大約40或50個。有了更多的感測器，我們可以大大改善預測模型，」Wada解釋說。他說:「現在還很難說，但是有了足夠的感測器數據，我們也許能夠預測雷擊發生後10分鐘內，以及發生地點2公里內的情況。我很高興能參與這項正在進行的研究。」
進一步的調查很可能仍將在金澤進行，因為該地區具有罕見和理想的氣象條件，這類工作。暴風雨中的大多數輻射觀測來自空中或山上的觀測站，因為雷雲一般都很高。但金澤的冬季風暴使雷雲驚人地接近地面，非常適合用研究小組開發的低成本攜帶型監測儀進行研究。研究人員發明了這些獨特的攜帶型輻射監測儀，部分技術來自為天體物理學實驗設計的天基衛星天文台。這是適當的，因為這類研究的數據可能對那些研究天體物理學，特別是在粒子加速背景下的太陽物理學的人有用。但也有一個更實際的分支。
研究過去5萬年左右生命的古生物學家使用一種叫做碳14年代測定法的技術來確定樣本的年齡。這項技術依賴於對碳12和碳14兩種碳含量的了解。「人們普遍認為碳-14是由宇宙射線以大致恆定的速度產生的，因此這項技術具有預測能力。但是有一種說法是雷暴可能會改變碳-12和碳-14的比例，這可能會稍微改變碳-14年代測定的準確性或校準要求。」
世界反興奮劑機構及其同事將繼續揭開閃電之謎，這是自然界最迷人、最具標誌性的現象之一。一個即將在法國開展的合作項目將發射一顆專用衛星，用於從太空進行全球閃電觀測
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