揭开闪电形成之谜，闪烁伽马射线闪光的奥秘

大多数热带雷暴都具有放射性

我们都知道闪电是一种壮观的自然现象，但你知道在闪电形成之前，云层中还发生着更加神秘的能量爆发吗？最近，科学家们发现了一种被称为“闪烁伽马射线闪光（GRFs）”的现象，它可能是连接伽马射线辉光和大气伽马射线闪光（TGFs）的关键一环，并为我们揭示了闪电形成的奥秘。

20 世纪 90 年代，美国宇航局为探测来自超新星和其他天体大小物体的高能粒子而建造的卫星发现了一个惊喜——来自地球的高能伽马辐射爆发。虽然研究人员很快就发现这些放射性超强粒子来自雷暴，但这种现象发生的频率仍是一个谜。直到有机会驾驶 NASA 改装的 U2 侦察机飞越风暴，进行仔细观察。这项研究的杜克大学 William H. Younger 杰出工程学教授、史蒂夫·卡默 (Steve Cummer) 表示：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。

什么是伽马射线闪光？伽马射线是一种高能量的电磁辐射。在雷暴云中，电子在强电场的作用下加速，产生高能的伽马射线。这些伽马射线可以分为两种类型：

• 伽马射线辉光: 一种持续时间较长的、相对较弱的伽马射线辐射。
• 大气伽马射线闪光: 一种短暂而强烈的伽马射线爆发。

那闪烁伽马射线闪光是什么？闪烁伽马射线闪光是一种介于伽马射线辉光和陆地伽马射线闪光之间的现象。它比陆地伽马射线闪光长，但比伽马射线辉光短。强度介于两者之间。在雷暴云中相对常见。

科学家们认为，闪烁伽马射线闪光是连接伽马射线辉光和陆地伽马射线闪光的关键一环。它们可能在闪电的形成过程中扮演着重要的角色。具体来说，闪烁伽马射线闪光产生的高能电子可能引发一系列连锁反应，最终导致闪电的产生。

对闪烁伽马射线闪光的深入研究，不仅有助于我们更好地理解闪电形成的机制，还可以为我们提供新的方法来预测雷暴和闪电。

参考文献：

• N. Østgaard, A. Mezentsev, M. Marisaldi, J. E. Grove, M. Quick, H. Christian, S. Cummer, M. Pazos, Y. Pu, M. Stanley, D. Sarria, T. Lang, C. Schultz, R. Blakeslee, I. Adams, R. Kroodsma, G. Heymsfield, N. Lehtinen, K. Ullaland, S. Yang, B. Hasan Qureshi, J. Søndergaard, B. Husa, D. Walker, D. Shy, M. Bateman, P. Bitzer, M. Fullekrug, M. Cohen, J. Montanya, C. Younes, O. van der Velde, P. Krehbiel, J. A. Roncancio, J. A. Lopez, M. Urbani, A. Santos, D. Mach. Flickering gamma-ray flashes, the missing link between gamma glows and TGFs. Nature, 2024; 634 (8032): 53 DOI: 10.1038/s41586-024-07893-0
• M. Marisaldi, N. Østgaard, A. Mezentsev, T. Lang, J. E. Grove, D. Shy, G. M. Heymsfield, P. Krehbiel, R. J. Thomas, M. Stanley, D. Sarria, C. Schultz, R. Blakeslee, M. G. Quick, H. Christian, I. Adams, R. Kroodsma, N. Lehtinen, K. Ullaland, S. Yang, B. Hasan Qureshi, J. Søndergaard, B. Husa, D. Walker, M. Bateman, D. Mach, S. Cummer, M. Pazos, Y. Pu, P. Bitzer, M. Fullekrug, M. Cohen, J. Montanya, C. Younes, O. van der Velde, J. A. Roncancio, J. A. Lopez, M. Urbani, A. Santos. Highly dynamic gamma-ray emissions are common in tropical thunderclouds. Nature, 2024; 634 (8032): 57 DOI: 10.1038/s41586-024-07936-6

一、闪烁伽马射线闪光与普通闪电有什么区别？

闪烁伽马射线闪光和普通闪电虽然都发生在雷暴云中，但它们是两种截然不同的现象。

普通闪电是一种宏观的电气放电现象，是云层中积聚的电荷通过空气介质释放的过程，产生明亮的闪光和巨大的声响（雷声）。普通闪电主要释放电能，转化为光能、热能和声能。普通闪电的持续时间相对较长，通常为几毫秒至几秒。普通闪电可以用肉眼直接观察，也可以用雷达等仪器探测。

闪烁伽马射线闪光 是一种微观的粒子物理现象，是高能电子在强电场作用下产生的一种高能辐射，肉眼不可见。释放的是高能量的伽马射线，是一种电磁辐射。闪烁伽马射线闪光发生在云层内部，是闪电形成过程中的一个早期阶段。无法用肉眼直接观察，需要借助特殊的探测器才能观测到。

简单来说，普通闪电是我们肉眼可见的电光火石，而闪烁伽马射线闪光是发生在闪电之前的一种高能辐射现象，是闪电形成过程中的一个重要环节。

二、热带雷暴云中的高能粒子加速过程如何影响闪烁伽马射线闪光和大气伽马射线闪光的发生？

热带雷暴云中的高能粒子加速过程对闪烁伽马射线闪光（GRFs）和大气伽马闪光（TGFs）的发生起着关键作用。

雷暴云内部由于大量的水滴和冰粒运动，产生了强烈的电场。这些电场的强度足以加速大气中的电子，使其达到相对论速度，从而产生高能粒子。在高电场的作用下，电子被加速到极高速度，碰撞过程中产生伽马射线。这些伽马射线的强度和频率都非常高，形成了GRFs和TGFs。高能电子的存在也会引发雷电放电。雷电放电过程中，电场进一步增强，加速更多的电子，形成正反馈机制，导致更多的高能伽马射线爆发。

加速的电子不仅在雷暴云内部产生伽马射线，还会被散射到大气中，形成更广泛的伽马辐射区域。这解释了为何TGFs可以在离雷暴云较远的地方被观测到。

热带雷暴云通常伴随着高温和高湿度，这些条件有助于维持强电场和高能粒子加速过程，从而增加GRFs和TGFs的发生频率和强度。通过研究热带雷暴云中高能粒子加速的机制，科学家们可以更好地理解GRFs和TGFs的形成过程，从而提高对雷暴和极端天气事件的预测能力。

三、思考

电场强度与高能伽马射线爆发之间的具体关系是什么？

不同气候条件下，热带雷暴云中的高能粒子加速过程是否存在差异？

雷暴云中其他粒子（如质子和重离子）的加速过程对GRFs和TGFs有何影响？

地球上其他区域的雷暴云是否也能产生类似的GRFs和TGFs现象？

高能粒子加速过程中产生的电磁波辐射对地球磁场和电离层有何影响？

这些有趣的问题旨在激发你的思考，助你更深入地理解，希望能为你带来新的启示和帮助~~~

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