美国宇航局的 U-2 侦察机在 90% 的雷暴中发现伽马射线

雷暴会产生大量风、雨和闪电，但许多人并不一定知道另一种常见的副产品：伽马射线。然而，多亏了 NASA 对一架老式 U-2 侦察机进行的创造性改造，研究人员终于能够对每天在地球上发生的微秒放射性能量爆发进行直接分析。现在，10 月 3 日发表在《自然》杂志上的两项新研究中公布了这些最新发现——它们表明放射性风暴一直在发生。

20 世纪 90 年代，美国宇航局用于研究超新星和其他高能宇宙天体的卫星记录下了雷暴下方的一些迹象，专家们意外地在雷暴中发现了伽马射线。从那时起，研究人员就尽可能多地使用这些卫星和未专门针对闪电进行校准的设备进行研究。

即便如此，辐射产生的机制已逐渐为人所知：随着雷暴的形成，风吹起的水滴、冰和冰雹混合在一起，产生类似于静电的电荷。带正电的离子随后移动到风暴顶部，而带负电的离子向下移动，形成一个专家认为相当于 1 亿节 AA 电池功率的电场。包括电子在内的高能粒子在这个新产生的场内加速，通常速度快到足以将额外的电子从空气分子中撞掉。这些相互作用随后滚雪球般越滚越大，最终产生足够的能量，产生毫秒级的伽马射线、反物质和其他辐射粒子爆炸。

这种伽马射线非常普遍，飞行员甚至记录到暴风云中出现微弱的光芒。尽管如此，未知因素似乎阻止了它们产生爆炸反应。

杜克大学威廉·H·扬格杰出工程学教授、两项研究的共同作者史蒂夫·卡默周三在一份声明中表示：“我们进行了几次飞机侦察活动，试图查明这些现象是否常见，但结果好坏参半，在美国进行的几次侦察活动根本没有发现任何伽马辐射。”

但经过多年的变通方法，NASA 最近向 Cummer 和他的同事提供了一架增强型 U-2 飞机，现在称为 ER-2 高空机载科学飞机。这架冷战时期的间谍飞机能够以 475 英里/小时的速度飞行，最高飞行高度可达 72,000 英尺，非常适合飞越遥远的距离，观察多个雷暴的伽马辐射。一旦配备了正确的观察工具，像 Cummer 这样的专家希望 NASA 的 ER-2 变体能够“一劳永逸地解决这些问题”。

结果甚至令他和他的同事感到惊讶。

“雷暴中发生的事情比我们想象的要多得多，”卡默解释道。“事实证明，基本上所有大型雷暴都会全天以多种不同形式产生伽马射线。”

一个月内，研究人员在南佛罗里达热带地区的风暴上空进行了 10 次飞行，其中 9 次飞行中出现了伽马辐射的“灼热”现象，其动态程度远超研究人员的假设。

卑尔根大学物理学教授、研究报告共同作者马蒂诺·马里萨尔迪周三表示：“无论是形状还是行为，它都像一个巨大的伽马射线沸腾锅。”

许多已确认的目击事件与 30 多年前 NASA 卫星首次看到的事件一致，几乎总是与活跃的闪电同时发生。这意味着闪电很可能是通过对电场中的高能电子进行超级充电而产生伽马射线的主要诱因。但其他记录却带来了全新的发现。

据研究小组称，雷暴中至少还会出现另外两种类型的短伽马射线爆发——一种持续时间不到千分之一秒，另一种在约十分之一秒内形成约 10 次独立爆发。对于 Cummer 来说，这些是“最有趣”的发现。

“它们似乎与闪电的形成无关。它们以某种方式自发出现，”他说，并补充说，一些数据表明伽马暴可能与某些引发闪电的雷暴过程有关。不过，他说，目前这些过程“对科学家来说仍然是个谜”。

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未来有一天，这些以及其他未解风暴现象的答案可能会通过更多 ER-2 飞行在充满伽马射线的风暴上空来揭晓。在此之前，卡默强调，没有人需要担心头顶上伽马射线“沸腾锅”的扩散。

他说：“如果你身处雷雨天气，辐射是你最不用担心的问题。”