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關(guān)于創(chuàng)造閃電的電場(chǎng)的最新實(shí)時(shí)信息可以在宇宙線簇射穿過(guò)雷暴時(shí)從無(wú)線電波中獲得——國(guó)際物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)在研究射電望遠(yuǎn)鏡在雷暴中記錄的數(shù)據(jù)后，得出了這個(gè)結(jié)論。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了帶電粒子中發(fā)射的無(wú)線電波發(fā)生的改變，電腦模型顯示這是由于雷雨云中強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)生的偏轉(zhuǎn)。

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衛(wèi)星成像的結(jié)果顯示，世界上每秒鐘會(huì)發(fā)生四十余次閃電。大多數(shù)不會(huì)造成傷害，但同時(shí)，雷擊可以摧毀建筑物，甚至殺死人類。如果我們能夠知道將要發(fā)生雷擊的地點(diǎn)與時(shí)間，這種傷害就可以被減輕，但由于我們對(duì)閃電的產(chǎn)生過(guò)程幾乎一無(wú)所知，這種預(yù)測(cè)很難做出。要想在閃電放出前用火箭或熱氣球上的設(shè)備測(cè)量出雷雨云創(chuàng)造的巨大電場(chǎng)，是很棘手的，因?yàn)殚W電的形成快速而毫無(wú)征兆。

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太空中的大量粒子

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一項(xiàng)調(diào)查采取不同的方法研究了高能宇宙粒子在大氣中與原子核碰撞時(shí)產(chǎn)生的數(shù)不清的粒子，并朝地球發(fā)射了大量粒子。這些粒子中的大多數(shù)是帶電的，并因此受地球磁場(chǎng)的影響而偏轉(zhuǎn)。這些偏轉(zhuǎn)的產(chǎn)生讓粒子發(fā)射出可以被射電望遠(yuǎn)鏡檢測(cè)到的無(wú)線電波。

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根據(jù)海諾·法爾克2010年在荷蘭奈梅亨大學(xué)和他的同事作出的計(jì)算，無(wú)線電波的偏振和強(qiáng)度會(huì)被10kV/m以上的電場(chǎng)梯度可衡量地改變，這是在雷雨云中發(fā)現(xiàn)的典型值。他們的計(jì)算主要是為了幫助天體物理學(xué)家濾除電場(chǎng)對(duì)研究宇宙射線的影響，法爾克和他的同事現(xiàn)在已與地理學(xué)家和天體物理學(xué)家們第一次合力使用射電望遠(yuǎn)鏡測(cè)量了雷雨云中的電場(chǎng)。以內(nèi)梅亨的天體物理學(xué)家皮姆·謝勒特為首的團(tuán)隊(duì)對(duì)2011至2014年間荷蘭的低頻陣列射電望遠(yuǎn)鏡（LOFAR）拍攝的數(shù)據(jù)進(jìn)行了篩選。這期間，望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了762次空氣簇射，但只有大約60次無(wú)法只用磁偏轉(zhuǎn)來(lái)解釋。后續(xù)的分析證明，其中31次具有足夠的信噪比，可以用來(lái)進(jìn)行下一步檢查。

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混亂的一次性事件

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謝勒特將它們描述成通常不會(huì)對(duì)其進(jìn)行分析的一次性事件，因?yàn)樗鼈兲^(guò)混亂。但荷蘭皇家氣象學(xué)會(huì)的記錄顯示，在這31次特殊的空氣簇射間，有20次雷擊發(fā)生在2小時(shí)、150千米的范圍內(nèi)，這令謝勒特和同事們展開(kāi)了辯論，剩下的11次也許對(duì)應(yīng)著與不能記錄雷擊的大氣電場(chǎng)。

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接下來(lái)，他們的團(tuán)隊(duì)用電腦模型分析了一次雷擊中望遠(yuǎn)鏡記錄的數(shù)據(jù)。他們的模型顯示，無(wú)線電波是在一朵雷雨云中產(chǎn)生的，雷雨云從地面以上3km延伸到8km的高度，對(duì)雷雨云來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)值都是合理的。云朵延伸到8km以上也是可能的，但由于射線不能完全形成，在這個(gè)海拔以上的帶電粒子很少。

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梯度構(gòu)成斜坡

分析還表明了一件事——電場(chǎng)梯度在云頂端是50kV/m，在較低的高度則是27kV/m，這也是雷雨云的典型值。有趣的是，研究者們發(fā)現(xiàn)使模型中電場(chǎng)梯度增加到50kV/m以上，基本不會(huì)導(dǎo)致無(wú)線電波的強(qiáng)度發(fā)生變化，這是他們正在研究的一種效應(yīng)。

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“無(wú)線電的發(fā)射到底是怎樣向我們傳達(dá)如此多有關(guān)雷雨云中電場(chǎng)的信息的？”謝勒特說(shuō)道，“我們甚至可以依此確定云中某一高度的電場(chǎng)強(qiáng)度。”為了更深刻地了解那些與記錄到的雷擊不對(duì)應(yīng)的反常射線，他的團(tuán)隊(duì)在LOFAR安裝了電場(chǎng)計(jì)。

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他們的技術(shù)可以用來(lái)幫助研究亞歷山大·古雷維治在莫斯科列別捷夫物理研究所提出的想法——宇宙射線引起帶電粒子穿過(guò)雷雨云而導(dǎo)致閃電。它也可以幫助物理學(xué)家們了解雷雨云發(fā)出伽馬輻射閃光，這種現(xiàn)象被認(rèn)為和雷雨云電場(chǎng)加速宇宙線簇射產(chǎn)生的電子有關(guān)。

作者: Hamish Johnston

FY: 幻想封印

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