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研究人员将闪电与云中的伽马射线现象联系起来

发布时间:2019-06-27 16:33:01 来源:

东京大学研究生Yuuki Wada和来自日本的同事在雷云中发现了雷击和两种伽马射线现象之间的联系。该研究表明,在某些情况下,来自雷云的微弱伽马射线发射可能先于闪电及其伴随的伽马射线闪光。

在日本中部的石川县金泽市,Wada及其同事与当地学校和企业合作,在建筑物上安装辐射监测器。然而,由于担心局部辐射水平,这些辐射监测器不在那里。它们形成一个网络,其目的是探测来自天空的辐射。一些人可能会感到惊讶,但是大约30年来人们都知道,雷暴可以带来伽马射线活动。

“永远,人们已经看到了闪电,听到了雷声。这些是我们体验这种自然力量的方式,”Wada说。“随着电磁学的发现,科学家们学会了用无线电接收器看到闪电。但现在我们可以观察到伽马射线中的闪电 - 电离辐射。就像有四只眼睛来研究这种现象一样。”

雷云有两种已知的伽马射线现象:伽马射线发射,持续约一分钟的弱发射,以及短暂的地面伽马射线闪光(TGFs),它们发生雷击并且更强烈比伽马射线发光。两者都发生在夹在不同电荷层之间的雷云区域。带电区域使电子加速到接近光速。在这些被称为相对论的速度下,偏离空气中氮原子核非常接近的电子会稍微减慢并发出明显的伽马射线。这被称为bre致辐射。

“在金泽的冬季雷暴期间,我们的监测器同时发现了TGF和雷击。这是相当常见的,但有趣的是我们同时在同一区域看到了伽马射线发光,”Wada继续说道。“此外,当闪电击中时,发光突然消失。我们可以最终确定事件密切相关,这是第一次观察到这种联系。”

闪电放电的机制受到高度追捧,这项研究可能会提供以前未知的见解。Wada和团队打算进一步调查,以探索伽马射线发光不仅仅发生在雷击之前的可能性,但实际上可能会引发它们。伽马射线闪光的辐射水平非常低,大约是典型医用X射线可以接收的水平的十分之一。

“我们的发现标志着闪电研究的一个里程碑,我们将很快将我们的辐射传感器数量从23个增加到40个或50个。通过更多传感器,我们可以大大改进预测模型,”Wada解释道。“现在很难说,但是如果有足够的传感器数据,我们可以预测在发生闪电的大约10分钟内以及距离它们发生的大约2公里范围内的雷击。我很高兴参与这项正在进行的研究“。

金泽仍可能进行进一步的调查,因为该地区有这种工作的罕见和理想的气象条件。风暴中的大多数辐射观测来自空中或山地站,因为雷云通常非常高。但金泽的冬季风暴使得雷云惊人地靠近地面,非常适合研究团队研发的低成本便携式监视器。

研究人员创造了这些独特的便携式辐射监测器,部分采用了为天体物理学实验设计的天基卫星观测站。这是合适的,因为来自这种研究的数据可能对那些研究天体物理学,特别是粒子加速背景下的太阳物理学的人有用。但是,还有一个更实际的分支。

“研究过去5万年左右的生命的古生物学家使用一种称为碳-14测年的技术来​​确定样本的年龄。该技术依赖于两种碳,碳-12和碳-14的水平知识, “和田说。“通常认为碳-14是由宇宙射线以大致恒定的速率产生的,因此是该技术的预测能力。但有人建议雷暴可能会改变碳-12与碳-14的比例,这可能会略微改变准确度碳-14测年工作所需的校准或校准。“

Wada及其同事将继续揭开闪电的神秘面纱,闪电是大自然中最具魅力和标志性的现象之一。即将在法国开展的一个合作项目将发射一颗专用卫星,用于从太空进行全球闪电观测。

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