被忽視的天氣現(xiàn)象在我們的大氣中產(chǎn)生伽馬射線(xiàn)

雷暴的電效應(yīng)不僅限于大氣層的高處。在靠近地面的地方，地球大氣層嗡嗡作響，強(qiáng)電場(chǎng)會(huì)加速粒子，以迫使原子發(fā)出伽馬射線(xiàn)發(fā)光的方式拋出電子。

在亞美尼亞的一座山頂上，科學(xué)家們仔細(xì)觀(guān)察了這種神秘的氣象現(xiàn)象。

在阿里漢揚(yáng)國(guó)家科學(xué)實(shí)驗(yàn)室位于阿拉加茨山的宇宙射線(xiàn)設(shè)施中，物理學(xué)家阿肖特·奇林加里安（Ashot Chilingarian）和他的同事們一直在努力了解Thunderstorm Ground 增強(qiáng)功能或 TGE 的 SET 進(jìn)行驗(yàn)證。

Chilingarian 說(shuō)，這種電磁增強(qiáng)在雷暴研究中被忽視了——但它可能是我們理解物理宇宙的一塊拼圖，從地球上的雷暴，到穿越太空的宇宙射線(xiàn)。

“每天發(fā)生 40,000 次雷暴。許多檢測(cè)大氣排放的網(wǎng)絡(luò)和帶有精密光學(xué)儀器的衛(wèi)星正在監(jiān)測(cè)閃電閃爍。盡管如此，當(dāng)我們開(kāi)始 TGE 研究時(shí)，沒(méi)有人監(jiān)測(cè)到轟炸我們的星球及其上方太空的兆伏特 （MeV） 電子的巨大通量，“他告訴 ScienceAlert。

“我們建立了塞萬(wàn)粒子探測(cè)器網(wǎng)絡(luò)，用于監(jiān)測(cè)東歐、德國(guó)和亞美尼亞的 TGE。能量為數(shù)十 MeV 的電子加速器覆蓋了大氣層中的大量空間和地球表面的許多平方公里。

“這種巨大的通量伴隨著地球上生命的數(shù)十億年進(jìn)化，肯定會(huì)影響地理空間和生物圈的各個(gè)方面。”

TGE 由雷暴產(chǎn)生的大氣中的電場(chǎng)組成。在這些電場(chǎng)中，電子被加速到高速——接近真空中光的速度，或相對(duì)論速度。

這些被稱(chēng)為相對(duì)論失控電子雪崩，由電場(chǎng)推動(dòng)向地面和向上進(jìn)入大氣層。正是這些電子產(chǎn)生了輻射。

當(dāng)它們突然減速時(shí)，由于與大氣中的原子核碰撞而偏轉(zhuǎn)，能量損失表現(xiàn)為伽馬射線(xiàn)——一種稱(chēng)為軔致輻射.

Chilingarian 和他的同事利用他們的探測(cè)器網(wǎng)絡(luò)收集了 2023 年歐洲雷暴的數(shù)據(jù)，對(duì)他們記錄的 56 次強(qiáng) TGE 期間發(fā)生的電子和伽馬輻射進(jìn)行了詳細(xì)測(cè)量。

最強(qiáng)烈的 TGE 主要發(fā)生在 5 月至 7 月，最強(qiáng)的一次是 5 月在斯洛伐克的 Lomnicky ?tít 山上記錄的。對(duì)于這一事件，粒子通量是正常晴朗天氣水平的 100 倍?？偣灿?7 個(gè)事件超過(guò)了晴朗天氣變化的 75% 以上。

“我們測(cè)量了地球表面的穩(wěn)定電子通量，占地十萬(wàn)平方米。一些機(jī)制提供了一分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性，“Chilingarian 解釋說(shuō)。

“一個(gè)巨大的電子束出現(xiàn)在雷云中，那里的電荷結(jié)構(gòu)在二次尺度上發(fā)生變化。大氣放電會(huì)消除電位差，但磁通量是穩(wěn)定的。測(cè)量真是令人興奮！

令人驚訝的是，研究人員還發(fā)現(xiàn)，電場(chǎng)離地面的距離比他們預(yù)期的要近得多。他們測(cè)量了離地面 50 米（164 英尺）的強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度。

“這一發(fā)現(xiàn)讓氣象學(xué)家感到震驚，在我們提出詳盡的證據(jù)之前，他們不相信，”Chilingarian 指出。

加速度的一致性能夠保持粒子通量長(zhǎng)達(dá)幾分鐘，以及電場(chǎng)的低高度，揭示了我們以前不知道的大氣電場(chǎng)和雷暴結(jié)構(gòu)的新細(xì)節(jié)。

例如，TGE 可能提供一條途徑，雷擊可以到達(dá)地面.它們?cè)诘厍蛭锢韺W(xué)中的作用需要研究。研究人員已經(jīng)制作了一個(gè)開(kāi)放訪(fǎng)問(wèn) TGE 數(shù)據(jù)庫(kù)可供科學(xué)界探索和分析。

他們的雷暴研究只是在 Aragats 上進(jìn)行的工作的一部分。今年，太陽(yáng)在接近太陽(yáng)極大期時(shí)達(dá)到了瘋狂，這是其活動(dòng)周期的高峰，在日冕物質(zhì)拋射的推動(dòng)下，粒子噴入太空。

Chilingarian 和他的同事還用山頂設(shè)備探測(cè)到了太陽(yáng)事件，發(fā)表了三篇論文，第四篇論文正在撰寫(xiě)中。

“我們銀河系中的猛烈爆炸也會(huì)向太陽(yáng)系發(fā)送超高能粒子。最近Pevatrons，源 10¹⁵發(fā)現(xiàn)了 eV γ 射線(xiàn)。我們根據(jù)我們對(duì)大氣物理學(xué)的了解對(duì)這一發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了批判性分析，“Chilingarian 告訴 ScienceAlert。

“大氣層、太空和太陽(yáng)能加速器的協(xié)同作用對(duì)于理解自然很重要！”

研究結(jié)果的物理評(píng)論 D.

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