雷暴天氣中閃電是如何產生的卻鮮為人知。洛斯阿拉莫斯國家實驗室的物理學家利用新開發的 3D 測繪和偏振系統觀察到，一些閃電不僅以正快速放電開始，而且緊隨其後的是更快、更廣泛的負放電。令人驚訝的是，信號極化與放電傳播方向傾斜，並且兩個相反放電的極化彼此旋轉，這表明啟動快速放電不僅僅由風暴電場驅動。作者用宇宙射線簇射分析了這些觀察結果，發現這些看似奇怪的特徵可以得到一致的解釋。
閃電以快速正放電開始，隨後在 3D 中觀察到更快、更廣泛的負放電；信號偏振從放電傳播方向傾斜並在兩個相反的快速放電之間旋轉；這些特徵只能歸因於宇宙射線簇射，它預先調節了放電路徑並引導了放電電流方向。圖片來源：ELG21。
“科學家們仍然不完全了解閃電是如何在雷暴中開始的，”該研究的主要作者邵宣民博士說。
“使用我們的 3D 射頻測繪和偏振技術，我們注意到閃電開始的一種不尋常的模式；閃電之後不僅僅是快速的正放電，而是很快出現了更快的負放電。”
一般來說，閃電是在相反的電荷（正電荷和負電荷）在雲中分離後開始的，導致人們將其視為閃電的放電。
在他們的研究中，邵博士和同事利用了洛斯阿拉莫斯開發的創新測繪和偏振系統 BIMAP-3D，觀察到這些放電產生的信號偏振具有遠離傳播方向的傾斜模式，這意味著它們不僅跟隨雷暴的電場。
這表明除了電場之外還有其他因素在引發閃電方面發揮了作用。
除了傾斜之外，物理學家還注意到正放電和負放電之間的極化方向發生了變化。
他們將這種行為歸因於宇宙射線簇射，宇宙射線簇射是來自太空進入地球大氣層的高能粒子。
這些宇宙射線在大氣中產生二次高能電子和正電子，進一步電離空氣並在雷雨雲中形成路徑，使閃電能夠更快地跟隨和傳播。
研究人員發現，高能電子和正電子被地球磁場和雲電場推向不同的方向，導致傾斜放電電流，即宇宙射線簇射路徑的傾斜極化。
正電子和電子在電磁場中向不同方向偏轉，這解釋了為什麼它們在快速正放電和負放電之間表現不同。
科學家們說：“這個概念還可以解釋僅涉及快速正放電的常見情況，從而解釋大多數閃電的啟動。”
他們的結果於 3 月 3 日發表於地球物理研究雜誌：大氣。
_____
Xuan-Min Shao等人。 2025 年。 3D 射頻測繪和偏振觀測顯示閃電是由宇宙射線陣雨點燃的。JGR 大氣130（5）：e2024JD042549；編號：10.1029/2024JD042549
