观测显示，大型热带雷暴中产生的伽马辐射数量和种类令人惊讶

20 世纪 90 年代，美国宇航局 (NASA) 为观测来自超新星和其他天体大小的高能粒子而建造的卫星意外地发现了来自地球上的高能伽马辐射爆发。

虽然研究人员没过多久就发现这些放射性超荷电粒子来自雷暴，但这种现象发生的普遍程度仍然是个谜。人造卫星不是为了寻找来自地球，他们必须在正确的时间出现在正确的地点才能做到这一点。

经过多年使用不适合这项任务的平台后，一群科学家获得了驾驶改装 U2 的机会美国国家航空航天局 (NASA) 在风暴中拥有的，可以好好看看。在两篇新论文中发表在自然研究小组发现，雷暴中产生的伽马辐射比任何人想象的都要普遍，而且产生辐射的动力学蕴藏着许多尚未解开的谜团。

“雷暴中发生的事情比我们想象的要多得多，”杜克大学威廉·H·杨格杰出工程教授、这两篇论文的合著者史蒂夫·卡默说。 “事实证明，基本上所有大型雷暴都会全天产生多种不同形式的伽马射线。”

雷暴如何产生高能伽马辐射闪光背后的一般物理学原理并不神秘。随着雷暴的发展，旋转气流驱动，冰雹和冰混合成混合物，形成就像在衬衫上擦气球一样。

带正电的粒子最终到达风暴的顶部，而带负电的粒子则落到底部，从而产生一个巨大的电场，其强度相当于一亿节首尾相连的 AA 电池。

当其他带电粒子（例如电子）发现自己处于如此强的场中时，它们就会加速。如果它们加速到足够高的速度并碰巧撞击空气分子，它们就会击落更多的高能电子。该过程级联，直到碰撞有足够的能量来产生，产生极强且极快的伽马射线、反物质和其他形式的辐射闪光。

但这并不是雷暴伽马辐射故事的结束。飞近雷暴的飞机也看到云层发出微弱的伽马辐射。这些风暴似乎有足够的能量来产生低水平的伽马辐射，但有某种东西阻止它产生像爆裂的玉米粒一样的爆炸。

卡默说：“一些飞机活动试图弄清楚这些现象是否常见，但结果好坏参半，而且在美国上空进行的几次活动根本没有发现任何伽马辐射。” “这个项目旨在一劳永逸地解决这些问题。”

研究小组获得了 NASA ER-2 高空机载科学飞机的使用权。冷战遗留下来的改装U2间谍机，飞行高度是美国的两倍比大多数雷暴高出约三英里。它的速度也非常快，使团队有机会选择他们认为最有可能产生结果的确切雷暴。

“ER-2 飞机将成为终极观测平台来自雷雨云的伽马射线”，挪威卑尔根大学空间物理学教授兼该项目的首席研究员 Nikolai Østgaard 说道。“飞行高度为 20 公里（12.4 英里），我们可以直接飞越云顶，尽可能接近伽马射线。 -射线源。”

因为 ER-2 是完美的解决方案，而且团队将飞越正确的风暴，研究人员认为，如果这些现象很少见，那么他们几乎看不到任何现象。但如果它们很常见，那么他们就会看到很多。

他们看到了很多。

在一个月的时间里，ER-2 在佛罗里达州南部热带地区的大型风暴上空飞行了 10 次，其中 9 次观测到了今年夏天的伽马辐射，其动态也比预期的要强。

该大学物理与技术教授马蒂诺·马里萨尔迪（Martino Marisaldi）表示：“伽马发光雷雨云的动力学与以前的准静止辉光图像完全相反，并且在模式和行为上都类似于一个巨大的伽马发光沸腾锅。”卑尔根。

考虑到热带地区典型雷暴的规模远大于其他纬度地区的雷暴，这表明热带地区一半以上的雷暴具有放射性。研究人员推测，这种低水平的伽马辐射产生就像一锅水沸腾的蒸汽一样，限制了内部可以积聚的能量。

研究人员同样兴奋地看到许多来自同一雷暴的短持续时间和强烈伽马辐射爆发的例子。其中一些与美国宇航局卫星最初检测到的完全相同。这些几乎总是与主动闪电放电一起发生。

这表明闪电产生的大电场可能会对已经高能的电子进行增压，使它们能够产生高能核反应。

但至少还有两种其他类型的短伽马辐射爆发是以前从未见过的。一种类型非常短，不到千分之一秒，而另一种类型是由大约 10 个单独的突发组成的序列，这些突发在大约十分之一秒的时间内重复。

“我发现这两种新形式的伽马辐射是最有趣的，”卡默说。 “它们似乎与闪电的形成无关。它们以某种方式自发出现。数据中暗示它们实际上可能与引发闪电的过程有关，这对科学家来说仍然是一个谜。”

卡默补充说，如果有人担心被伽马辐射变成绿巨人，他们不应该担心。只有当人或物体非常接近辐射源时，所产生的辐射量才会产生危险。

“如果你发现自己在那里，辐射将是最不重要的问题。飞机避免在活跃状态下飞行卡默说：“由于极端的湍流和风，核心发生了变化。即使知道我们现在所知道的情况，我也不比以前更担心飞行了。”