雷暴里的伽马射线
伽马射线是光的最高能量形式。当谈论起哪些现象可以发射伽马射线时，人们最先想到的可能是在核反应堆、太阳耀斑、爆炸的恒星、黑洞等极端环境。
但是在20世纪90年代，科学家意外地发现了来自地球的高能伽马射线暴。经确认，这些高能辐射来自地球上的一种常见现象——雷暴。不过，对于这种现象的发生频率，科学家尚不清楚。
现在，一个国际研究团队在雷暴中发现了一种新的伽马射线辐射，并表明从雷暴中产生的伽马射线辐射，比之前想象的要普遍得多。研究人员已经将这些结果以两篇论文的形式发表在近期的《自然》杂志上。
比想象中常见
在过去的观测中，科学家已经记录了两种雷暴中的伽马射线：一种是持续时间从几分之一秒到几分钟不等的伽马射线光，另一种是强度更高的、持续时间仅为百万分之一秒的地面伽马射线闪（TGF）。不过，由于缺乏合适的观测平台，因此这两种伽马射线背后的物理机制都没有得到很好地理解，它们之间的关系亦是如此。
新研究中的这些新发现是通过NASA的ER-2研究飞机上搭载的一系列探测器所作出的。
2023年7月，ER-2从佛罗里达州坦帕市的麦克迪尔空军基地出发，以8字形的飞行模式，在加勒比海和中美洲热带的高空飞行了10次。它的飞行高度大约是商用飞机的两倍，可以在风暴的上空以非常近的距离（约相距1.5千米处）进行观测，因而带来了前所未有的风暴动态视图。
这张艺术构象图描绘了携带着一系列仪器的ER-2飞机在高空飞行，记录下源自雷雨云的伽马射线（紫色）。（图/NASA/ALOFT team）
ER-2上的探测器发现了远超预期的伽马射线：它们捕捉到了500次伽马射线光以及130次TGF。
这些伽马射线光持续了几个小时，覆盖了数千平方千米的区域，在10次飞行中有9次被观测。更重要的是，这些伽马射线光并不像之前认为的那样是静态的，而是在秒级的时间尺度上反复地变亮变暗。
此外，虽然TGF有着很高的强度，并且会伴随闪电，但在过去的基于飞机的研究中，很少发现TGF。新的研究结果表明，在这些热带风暴中，无论是伽马射线光还是TGF，都真的非常常见。
新型的伽马射线
而最令人惊喜的发现是，研究人员还观察到了一种新的伽马射线。它的持续时间比稳定的伽马射线光短，但比TGF长，在20~250毫秒之间。研究人员将其称为闪变伽马射线闪（FGF）。
他们捕捉到了20多次FGF事件，并发现在许多FGF事件之后，会出现一种被称为窄偶极事件的爆发，接着会出现闪电。这可能意味着，这种FGF有助于引发闪电。
事实上，虽然每天有多达4万次的雷暴在全球范围内发生，但人们对雷暴及其产生的闪电的诸多信息仍知之甚少。尤其是关于闪电是如何在雷暴中被触发的，更是在几个世纪以来都是大气科学中的重大未解之谜。
目前的观测数据很难找到大到足以产生火花并引发闪电的电场。而雷暴却能每天在全球范围内制造大约860万次闪电。由于伽马射线发射来自具有强电场（这样的电场同样可能引发闪电）的区域，因此研究雷暴中的伽马射线也为闪电在云层中的产生机制提供了新的见解。这些见解将可以为人类、飞机和航天器提供更准确的闪电的风险估计。
#创作团队：
编译：小雨
排版：YY
#参考来源：
https://science.nasa.gov/earth/via-nasa-plane-scientists-find-new-gamma-ray-emission-in-storm-clouds/
https://science.nasa.gov/earth/via-nasa-plane-scientists-find-new-gamma-ray-emission-in-storm-clouds/
https://www.nature.com/articles/d41586-024-03206-7
https://www.nature.com/articles/d41586-024-03032-x
https://phys.org/news/2024-10-amount-variety-gamma-large-tropical.html
https://www.sciencenews.org/article/thunderstorms-radiation-gamma-rays
#图片来源：
封面图&首图：NASA/ALOFT team
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