美國國家航空航天局的U-2偵察機在90%的雷暴中發現了伽馬射線 _美國

飛行員有時可以看到雷暴云中的伽馬輻射發光。來源：Deposit Photos
據《大眾科學》（安德魯·保羅）：雷暴會產生大量的風、雨和閃電，但許多人不一定意識到另一種常見的副產品：伽馬輻射。然而，由于美國國家航空航天局對一架舊的U-2間諜飛機進行了創造性的改裝，研究人員終于能夠對地球上每天發生的這些微秒級的放射性能量爆發進行直接分析。現在，10月3日發表在《自然》雜志上的兩項新研究提供了其中一些最新發現，它們表明放射性風暴一直在發生。
20世紀90年代，美國國家航空航天局（NASA）設計用于研究超新星和其他高能宇宙體的衛星在雷暴中意外探測到伽馬射線，并在其正下方記錄了一些目標對象的跡象。從那時起，研究人員就盡可能多地使用這些沒有專門針對閃電校準的衛星和設備進行研究。
即便如此，輻射產生背后的機制也逐漸成為人們關注的焦點：隨著雷暴的發展，風吹的水滴、冰和冰雹混合在一起，產生類似于靜電的電荷。當帶負電荷的離子向下移動時，帶正電荷的離子會移動到風暴的頂部，形成一個電場——專家們將其與1億節AA電池的功率進行了比較。包括電子在內的帶電粒子在這個新產生的場中加速，通常足夠快，可以從空氣分子中敲出額外的電子。這些相互作用然后滾雪球，最終產生足夠的能量，產生毫秒級的伽馬射線、反物質和其他輻射粒子爆炸。
這種伽馬輻射非常普遍，飛行員甚至記錄了風暴云中微弱的光芒。盡管如此，未知因素似乎阻止了它們產生爆炸性反應。
杜克大學威廉·H·楊杰出工程教授、這兩項研究的合著者史蒂夫·卡默在周三的一份聲明中說：“一些飛機活動試圖弄清楚這些現象是否普遍，但結果喜憂參半，在美國的幾次活動根本沒有發現任何伽馬輻射。” 。

美國國家航空航天局阿姆斯特朗飛行研究中心的ER-2飛機在佛羅里達州和加勒比海海岸線上空的雷雨云高度上空飛行，收集有關閃電和地面伽馬射線閃光的數據。圖片來源：NASA/Kirt Stallings
但在多年依賴變通方法后，美國國家航空航天局最近向Cummer及其同事提供了一架增強型U-2飛機，現在稱為ER-2高空機載科學飛機。這架冷戰時期的偵察機能夠以475英里/小時的速度上升到72000英尺的高度，非常適合在遠距離飛行以觀測多場伽馬輻射雷暴。一旦配備了正確的觀測工具，像Cummer這樣的專家希望NASA的ER-2變體能夠“一勞永逸地解決這些問題”
結果甚至讓他和他的同事都感到驚訝。
Cummer解釋說：“雷暴中發生的事情比我們想象的要多得多。” 。“事實證明，基本上所有的大雷暴都會整天以多種不同的形式產生伽馬射線。”
在一個多月的時間里，在佛羅里達州南部熱帶地區的風暴上空進行了10次飛行，其中9次包含了比研究人員假設的更具動態性的伽馬輻射。
卑爾根大學物理學教授、該研究的合著者Martino Marisaldi周三表示：“（它）在模式和行為上都類似于一個巨大的伽馬發光沸騰鍋。” 。

美國國家航空航天局的ER-2飛機是一架改裝的U-2間諜飛機，用于研究高空雷暴。圖片來源：美國國家航空航天局/卡拉·托馬斯
許多確認的目擊事件與30多年前美國國家航空航天局衛星首次看到的情況一致，幾乎總是與活躍的閃電同時發生。這意味著閃電很可能是伽馬射線產生的主要誘因，它通過增壓已經存在的電場的高能電子。但其他記錄產生了全新的發現。
根據研究小組的說法，雷暴中至少會發生另外兩種類型的短伽馬爆發——一種持續時間不到千分之一秒，另一種在大約十分之一秒內形成大約10次單獨的爆發。對于Cummer來說，這些是“最有趣”的發現。
他說：“它們似乎與閃電的發展無關。它們以某種方式自發出現。”他補充說，一些數據表明，伽馬暴可能與引發閃電的某些雷暴過程有關。然而，他說，就目前而言，這些過程“對科學家來說仍然是個謎”
這些和其他未解決的風暴現象的答案可能有一天會通過額外的ER-2飛行在富含伽馬射線的風暴之上。在那之前，Cummer強調，沒有人需要擔心頭頂上方的伽馬輻射“沸騰鍋”的擴散。
他說：“如果你發現自己（在雷暴中）在那里，輻射將是你的最小問題。”