天文|闪电的危险与魅力，伽马射线闪光，从何而来？_科学|γ射线|科技|射电望远镜

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卫星成像的结果显示，世界上每秒钟会发生四十余次闪电。大多数不会造成伤害，但同时，雷击可以摧毁建筑物，甚至杀死人类。如果我们能够知道将要发生雷击的地点与时间，这种伤害就可以被减轻，但由于我们对闪电的产生过程几乎一无所知，这种预测很难做出。要想在闪电放出前用火箭或热气球上的设备测量出雷雨云创造的巨大电场，是很棘手的，因为闪电的形成快速而毫无征兆。

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太空中的大量粒子
一项调查采取不同的方法研究了高能宇宙粒子在大气中与原子核碰撞时产生的数不清的粒子，并朝地球发射了大量粒子。这些粒子中的大多数是带电的，并因此受地球磁场的影响而偏转。这些偏转的产生让粒子发射出可以被射电望远镜检测到的无线电波。

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根据海诺·法尔克2010年在荷兰奈梅亨大学和他的同事作出的计算，无线电波的偏振和强度会被10kV/m以上的电场梯度可衡量地改变，这是在雷雨云中发现的典型值。他们的计算主要是为了帮助天体物理学家滤除电场对研究宇宙射线的影响，法尔克和他的同事现在已与地理学家和天体物理学家们第一次合力使用射电望远镜测量了雷雨云中的电场。以内梅亨的天体物理学家皮姆·谢勒特为首的团队对2011至2014年间荷兰的低频阵列射电望远镜（LOFAR）拍摄的数据进行了筛选。这期间，望远镜发现了762次空气簇射，但只有大约60次无法只用磁偏转来解释。后续的分析证明，其中31次具有足够的信噪比，可以用来进行下一步检查。

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混乱的一次性事件
谢勒特将它们描述成通常不会对其进行分析的一次性事件，因为它们太过混乱。但荷兰皇家气象学会的记录显示，在这31次特殊的空气簇射间，有20次雷击发生在2小时、150千米的范围内，这令谢勒特和同事们展开了辩论，剩下的11次也许对应着与不能记录雷击的大气电场。
接下来，他们的团队用电脑模型分析了一次雷击中望远镜记录的数据。他们的模型显示，无线电波是在一朵雷雨云中产生的，雷雨云从地面以上3km延伸到8km的高度，对雷雨云来说，这两个值都是合理的。云朵延伸到8km以上也是可能的，但由于射线不能完全形成，在这个海拔以上的带电粒子很少。

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梯度构成斜坡
分析还表明了一件事——电场梯度在云顶端是50kV/m ，在较低的高度则是27kV/m ，这也是雷雨云的典型值。有趣的是，研究者们发现使模型中电场梯度增加到50kV/m以上，基本不会导致无线电波的强度发生变化，这是他们正在研究的一种效应。
“无线电的发射到底是怎样向我们传达如此多有关雷雨云中电场的信息的？”谢勒特说道， “我们甚至可以依此确定云中某一高度的电场强度。 ”为了更深刻地了解那些与记录到的雷击不对应的反常射线，他的团队在LOFAR安装了电场计。

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他们的技术可以用来帮助研究亚历山大·古雷维治在莫斯科列别捷夫物理研究所提出的想法——宇宙射线引起带电粒子穿过雷雨云而导致闪电。它也可以帮助物理学家们了解雷雨云发出伽马辐射闪光，这种现象被认为和雷雨云电场加速宇宙线簇射产生的电子有关。
作者: Hamish Johnston
FY: 幻想封印
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天文|闪电的危险与魅力，伽马射线闪光，从何而来？

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