關(guān)于產(chǎn)生電場(chǎng)的新的實(shí)時(shí)信息可以從宇宙射線(xiàn)雨通過(guò)雷暴時(shí)形成的無(wú)線(xiàn)電波中獲得。這是一個(gè)國(guó)際物理學(xué)家小組研究了射電望遠(yuǎn)鏡在電暴期間記錄的數(shù)據(jù)后得出的結(jié)論。研究團(tuán)隊(duì)看到了帶電粒子產(chǎn)生的無(wú)線(xiàn)電發(fā)射的變化，計(jì)算機(jī)模型表明這是由于雷云中強(qiáng)電場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)所致。

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據(jù)衛(wèi)星成像顯示，全世界每秒鐘大約有40次閃電。雖然大部分是無(wú)害的，但是雷擊會(huì)損壞建筑物，甚至?xí)⑺廊?。如果我們知道閃電將在哪里和在什么時(shí)候產(chǎn)生雷擊，那么其中一些破壞可以減輕，但是這樣的預(yù)測(cè)是困難的，因?yàn)槲覀儗?duì)閃電是如何產(chǎn)生的知之甚少

。雷暴的發(fā)展迅速且不可預(yù)測(cè)，因此使用火箭或氣球上的儀器測(cè)量閃電放電之前在雷云中形成的巨大電場(chǎng)是很困難的。

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“太空淋浴”

這項(xiàng)新的研究采取了不同的方針，并研究了高能宇宙粒子與大氣中的原子核碰撞所產(chǎn)生的粒子淋浴，并使粒子淋浴落向地球。其中許多粒子是帶電的，因此會(huì)被地球磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)。這種偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致粒子反射無(wú)線(xiàn)電波，射電望遠(yuǎn)鏡可以檢測(cè)到這種無(wú)線(xiàn)電波。

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根據(jù)荷蘭Radboud大學(xué)Heino Falcke和他的同事們?cè)?010年進(jìn)行的計(jì)算，這些無(wú)線(xiàn)電波的極化和強(qiáng)度都會(huì)改變，在10kv/m以上的電場(chǎng)梯度下是可測(cè)量的，而這個(gè)數(shù)值則是在一朵雷云中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)典型值。

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雖然這些計(jì)算主要是為了幫助天體物理學(xué)家過(guò)濾掉電場(chǎng)對(duì)宇宙射線(xiàn)無(wú)線(xiàn)電研究的影響，但是Falcke和他的同事們現(xiàn)在已經(jīng)加入到地球物理學(xué)家和天體物理學(xué)家行列第一次使用射電望遠(yuǎn)鏡測(cè)量了雷云中的電場(chǎng)。

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基于Radboud的天體物理學(xué)家Pim Schellart的領(lǐng)導(dǎo)，這個(gè)團(tuán)隊(duì)對(duì)2011-2014年荷蘭低頻陣列射電望遠(yuǎn)鏡采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了篩選。在這一段時(shí)間里，望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了762個(gè)空氣陣雨，但只要大約60個(gè)陣雨的發(fā)生不能單獨(dú)用磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)來(lái)解釋。

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“丟棄事件”

把這些描述為丟棄事件，它們通常不會(huì)被分析，因?yàn)樘s亂了。荷蘭皇家氣象學(xué)會(huì)的記錄顯示，在31次的異常陣雨中有20次在2小時(shí)和150公里的范圍內(nèi)發(fā)生了雷擊，這使Schellart和他的同事們能夠去辯論剩下的11個(gè)事件可能對(duì)應(yīng)于大氣電場(chǎng)，該電場(chǎng)不能導(dǎo)致所被記錄的雷擊。

然后，研究團(tuán)隊(duì)使用計(jì)算機(jī)模擬分析了其中一個(gè)閃電事件的望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)。他們的模型表明無(wú)線(xiàn)電波是在雷云中產(chǎn)生的，雷云是從地面3公里延伸到最高8公里的高度，這兩個(gè)都是雷云的合理值。云有可能延伸到8公里以外，但如果超過(guò)這個(gè)高度，帶電粒子就會(huì)減少，因?yàn)榱茉〔粫?huì)完全發(fā)展。

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“梯度等級(jí)”

云頂電場(chǎng)梯度為50kv/m,下游電場(chǎng)梯度為27kv/m,這也是雷云的典型值。有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，將模型中的電場(chǎng)強(qiáng)度提高到50kv/m，導(dǎo)致預(yù)測(cè)的無(wú)線(xiàn)電波強(qiáng)度變化很小，這個(gè)影響是他們現(xiàn)在正在研究和調(diào)查的。Schellart說(shuō):“無(wú)線(xiàn)電發(fā)射的變化給了我們很多關(guān)于雷暴中電場(chǎng)的信息，我們甚至可以確定云中某一高度的電場(chǎng)強(qiáng)度?！彼膱F(tuán)隊(duì)還在LOFAR安裝了一個(gè)電場(chǎng)計(jì)，以進(jìn)一步了解與記錄的雷擊不對(duì)應(yīng)的異常事件。他們的技術(shù)甚至可以用來(lái)觀察宇宙射線(xiàn)陣雨是否會(huì)在帶電粒子穿過(guò)雷云時(shí)觸發(fā)閃電—這是Aleksandr Gurevich在莫斯科列別捷夫物理研究所首次提出來(lái)的。他還可以幫助物理學(xué)家理解為什么雷云有時(shí)會(huì)發(fā)出伽馬射線(xiàn)的閃光，是一種被認(rèn)為涉及雷云電場(chǎng)加速由宇宙射線(xiàn)淋浴產(chǎn)生的電子的現(xiàn)象。

作者: Hamish Johnston

FY: Cybele

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