新浪科技综合|疫情期间，闪电频率为何会降低？科学家用天文望远镜得到答案( 二 )

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使用射电探测器来观察闪电并不是新鲜事，美国新墨西哥州建造过专门的射电天线长期观测风暴。但这样绘制出的闪电图像分辨率很低，或是只有二维。而LOFAR是一种非常先进的天文望远镜，它可以绘制出精确到米的三维闪电图像，帧率达到先前的仪器的200倍。在LOFAR的帮助下，科学家得到了第一张真正清晰的雷雨云内部图像。
一个闪电会产生数百万个射电脉冲，为了从这堆混乱的射电数据中重建闪电的三维图像，研究人员采用了一种类似于阿波罗登月时使用过的算法，这种算法可以不断更新待测物体的位置。该算法基于LOFAR数千根天线收集的数据，不断更新射电脉冲的位置，绘制了清晰的闪电图像。
研究人员着重分析了2018年8月一次闪电的数据，他们分析了射电脉冲的模式，这项研究正好可以分辨两种主流的闪电成因模型孰对孰错。相关的研究成果即将发表在《地球物理研究快报》上。
宇宙线还是冰晶
对于闪电形成的机制，有一种理论认为，地球上闪电的形成，需要来自外太空的粒子的帮助。外太空的宇宙线与雷雨云中的电子碰撞，引发级联反应产生越来越多的电子，从而增强雷雨云中的电场，产生电火花。
然而新的观测结果支持了另一种理论：闪电始于雷雨云内的冰晶簇。冰晶之间混乱的碰撞擦去了它们的一些电子，使每个冰晶的一端带正电，另一端带负电。正电端从附近的空气分子中吸引电子，在冰晶尖端形成延伸出去的电离空气带，这被称为“流光”（streamer）。
每个冰晶尖端产生了成片的流光，流光不断分岔，加热周围的空气，从空气分子夺走大量的电子，使得更大的电流流向冰晶。最终，一个流光变得足够热，导电性也足够高，就成为了一个先导（leader）——能允许真正的闪电移动的电离通道。
LOFAR的研究人员依据观测数据重建了闪电发生的过程。他们发现，射电脉冲先是呈指数使增长，增长停止后，闪电发生的位置附近出现了一个先导。他们推测这可能是流光的级联反应导致的。而冰晶在闪电形成中的的关键作用，也与最近的情况相吻合。即在新冠疫情开始的头三个月内，闪电活动减少了10%以上。研究人员认为，疫情期间的封城和工厂停摆等举措，导致空气中污染物减少，没有足够的凝结核形成冰晶，进而减少了闪电活动。
荷兰埃因霍温理工大学的物理学家尤特·埃伯特（Ute Ebert）没有参与这项研究。她先是称赞了LOFAR研究人员的工作，他们提供了高分辨率的闪电数据，允许后续的研究者在此基础上建立精确的闪电模型。然而，埃伯特也指出， LOFAR并没有直接对电离空气的冰晶成像，它只是观测到了随后发生的事情，那么最初的电离过程是如何开始的？现在很少有研究人员还支持宇宙线直接引发闪电的理论，但埃伯特表示，宇宙射线仍然可能扮演次要的角色，它们可能触发了冰晶附近的第一道流光。

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