世界首創(chuàng)的研究揭示了閃電火花如何產(chǎn)生伽馬射線閃光

就在那一刻，兩股電流猛烈撞擊在一起，形成一個(gè)閃電Bolt 已被捕獲，首次揭示了此過程在生成強(qiáng)大的伽馬射線就在地球上。

這一觀察證實(shí)了這樣一個(gè)假設(shè)，即與閃電相關(guān)的地面伽馬射線閃光 （TGF） 是強(qiáng)大的電場將電子加速到接近光速的結(jié)果。

在日本石川縣金澤市進(jìn)行的觀測中，由大阪大學(xué)物理學(xué)家 Yuuki Wada 領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)使用尖端的多傳感器裝置以慢動(dòng)作捕捉多個(gè)波長的碰撞閃電。

“研究極端過程（例如源自閃電的 TGF）的能力使我們能夠更好地了解地球大氣中發(fā)生的高能過程，”Wada 解釋道.

盡管云對地閃電形成速度快，它不是瞬間的，需要 Lightning Leader 清理一條路徑?？諝獾膶?dǎo)電性不強(qiáng)，但風(fēng)暴活動(dòng)導(dǎo)致大氣中電荷的積累可以產(chǎn)生一個(gè)電離的空氣通道，電流可以沿著該通道流動(dòng)。這是一個(gè)閃電領(lǐng)導(dǎo)者，他們可以從云層中向下出現(xiàn)，也可以從地面向上出現(xiàn)。

TGF 被認(rèn)為是電子在雷暴產(chǎn)生的強(qiáng)電場中加速到近光速的結(jié)果。這些級聯(lián)被稱為相對論失控電子雪崩，它們被廣泛接受為 TGF 的解釋。

當(dāng)電子突然減速，因與大氣中的原子核碰撞而偏轉(zhuǎn)時(shí)，能量損失表現(xiàn)為伽馬射線——一種稱為軔致輻射.

研究人員建立了一個(gè)地面設(shè)備來監(jiān)測無線電、光學(xué)和高能波長的閃電，能夠捕捉到微秒級時(shí)間尺度上的細(xì)節(jié)。

有趣的是，他們的結(jié)果表明 TGF 和閃電不是同時(shí)發(fā)生的;相反，TGF 發(fā)生以前閃電。但我們談?wù)摰氖墙^對微小的時(shí)間增量;在我們看來，這絕對是同時(shí)發(fā)生的。只有擁有最先進(jìn)的設(shè)備，我們才能看到現(xiàn)實(shí)。

該團(tuán)隊(duì)觀察到兩個(gè)閃電領(lǐng)導(dǎo)者，一個(gè)帶負(fù)電并從雷云中劃過到地面電視廣播塔，另一個(gè)帶正電并從塔中蜿蜒向上。

就在兩個(gè)電荷相反的領(lǐng)導(dǎo)人相遇之前，他們之間出現(xiàn)了一個(gè)高度集中的電場，其中電子被加速到相對論速度。

第一個(gè)伽馬射線光子在領(lǐng)先光子相撞前僅用了 31 微秒（百萬分之 31 秒）就被檢測到。完整的 TGF 爆發(fā)一直持續(xù)到 20 微秒后，領(lǐng)導(dǎo)者相遇形成雷擊。

這是科學(xué)家們首次觀察和記錄這一過程，為了解雷暴如何產(chǎn)生足夠的能量來產(chǎn)生伽馬輻射（電磁波譜中能量最高的光形式）提供了新的、非常詳細(xì)的見解。

“在這里進(jìn)行的多傳感器觀測是世界首創(chuàng)，”物理學(xué)家土屋春文說日本原子能機(jī)構(gòu)?！氨M管仍然存在一些謎團(tuán)，但這項(xiàng)技術(shù)使我們更接近于理解這些迷人的輻射爆發(fā)的機(jī)制?！?/p>

該研究已發(fā)表在科學(xué)進(jìn)展.

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