被忽視的天氣現(xiàn)象在我們的大氣中產(chǎn)生伽馬射線

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，強電場會加速粒子，以迫使原子發(fā)出伽馬射線發(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)觀察了這種神秘的氣象現(xiàn)象。

在阿里漢揚國家科學(xué)實驗室位于阿拉加茨山的宇宙射線設(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 增強功能或 TGE 的 SET 進(jìn)行驗證。

Chilingarian 說，這種電磁增強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。

“每天發(fā)生 40,000 次雷暴。許多檢測大氣排放的網(wǎng)絡(luò)和帶有精密光學(xué)儀器的衛(wèi)星正在監(jiān)測閃電閃爍。盡管如此，當(dāng)我們開始 TGE 研究時，沒有人監(jiān)測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。

“我們建立了塞萬粒子探測器網(wǎng)絡(luò)，用于監(jiān)測東歐、德國和亞美尼亞的 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，肯定會影響地理空間和生物圈的各個方面?！?/p>

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

這些被稱為相對論失控電子雪崩，由電場推動向地面和向上進(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，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——一種稱為軔致輻射.

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

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

“我們測量了地球表面的穩(wěn)定電子通量，占地十萬平方米。一些機制提供了一分鐘或更長時間的穩(wěn)定性，“Chilingarian 解釋說。

“一個巨大的電子束出現(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。大氣放電會消除電位差，但磁通量是穩(wěn)定的。測量真是令人興奮！

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

“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達(dá)幾分鐘，以及電場的低高度，揭示了我們以前不知道的大氣電場和雷暴結(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.它們在地球物理學(xué)中的作用需要研究。研究人員已經(jīng)制作了一個開放訪問 TGE 數(shù)據(jù)庫可供科學(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，太陽在接近太陽極大期時達(dá)到了瘋狂，這是其活動周期的高峰，在日冕物質(zhì)拋射的推動下，粒子噴入太空。

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

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

“大氣層、太空和太陽能加速器的協(xié)同作用對于理解自然很重要！”

研究結(jié)果的物理評論 D.

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