閃電發生時會產生大量 X 射線

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事實證明,閃電似乎是大自然的粒子加速器。在 20 世紀 20 年代,諾貝爾獎獲得者 C. T. R. Wilson 提出,閃電可能會產生以光速傳播的電子。從那時起,科學家們一直在根據對自然發生的閃電和雷雨雲周圍 X 射線的衛星影像的觀測,提出支援和反對該觀點的證據。許多研究人員認為,較低的大氣層過於稠密,電子無法加速到足以發射 X 射線和其他高能粒子的速度。相反,他們認為閃電的工作原理是傳統的能量釋放——就像您在踩過地毯後觸控門把手時產生的火花一樣,只不過規模更大。現在,研究人員在受控閃電發生期間測量到了強烈的短時輻射爆發。結果表明,與雷暴相關的電場強度足以克服電子在稠密的低層大氣中與空氣分子碰撞時所受到的阻力,從而使它們能夠以相對論速度快速移動。

大自然不會根據感興趣的科學家的地點和時間表來規劃雷暴,這使得早期的工作人員難以研究閃電引起的輻射。佛羅里達理工學院的 Joseph Dwyer 和佛羅里達大學國際閃電研究和測試中心的 Martin Uman 透過在風暴期間觸發閃電來規避這個問題,這在現代閃電研究人員中是一種常見的做法。為了做到這一點,該團隊發射了一枚用銅線拴在地面上的火箭進入雷雨雲,目的是捕捉擊中火箭並沿著電線到達發射臺的閃電。他們成功地控制了 37 次獨立的閃電,並發現與其中 84% 的閃電相關的強烈 X 射線輻射爆發——每次通常向探測器釋放數千萬電子伏特的能量。

“閃電的工作原理確實需要重新審視,”Dwyer 斷言。幾年前,在新墨西哥州一座山頂工作的科學家測量到來自自然閃電的 X 射線,但他們的實驗無法複製。今天發表在《科學》雜誌上的這項新工作是第一個受控且可重複的實驗,表明閃電會發射高能輻射。Uman 說:“我們對受控閃電的測量可能會讓其他人相信山頂測量是正確的。”

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