你知道嗎？雷暴會產生伽馬射線閃光，但不要慌，對人體沒有傷害！

2020-10-18 博科園

閃電是一種獨特而迷人的現象，已經被研究了幾個世紀。雖然人類現在對這種自然發生的奇觀有了更好的理解，但許多秘密還沒有被揭開。幾十年來，科學家一直意識到閃電會伴隨著伽馬射線閃光，這是一種電磁輻射。這些閃光可以是向下的(即指向地面)或向上的(即向上指向空間)。過去大多數研究都觀察到了這些來自太空的閃光，因此主要集中在向上的伽馬射線閃光上。在一項有趣的新研究中，東京大學研究團隊首次研究了雷暴期間發生的向下伽馬射線發射。

在發表在《物理評論快報》期刊上的研究證實：朝下的閃光和向上閃光是一樣的，並且對地球上的人沒有傷害。自20世紀90年代以來，被稱為地面伽馬射線閃光(TGFs)的強烈伽馬射線發射一直被與閃電放電相一致的在軌衛星觀測到。雖然伽馬射線通常是從雷暴直接進入太空，但其中一些被稱為向下的伽馬射線閃光會到達地面。然而，由於向下的地面伽馬射線閃光發生在離伽瑪射線探測器更近的地方並使其飽和，所以很難測量它們在地面上的伽馬射線通量。

在新研究研究中，研究了發生在雷暴期間發生的伽馬射線閃光。在那一天，柏崎-加裡瓦核電站安裝在海平面上的輻射探測器檢測到了強烈伽馬射線爆發，這與一次強大的閃電放電不謀而合。通過研究這些探測器收集的數據，收集了第一批與閃電相關伽馬射線閃光指向地面的觀測結果。研究使用了兩種類型的輻射探測器，一種具有更好的定時解析度和對伽馬射線的高敏感性，但很容易被向下伽馬射線閃光的高通量飽和，它用於確認向下的TGFs的出現。

另一種是氣體劑量計，這些儀器的定時解析度比前者低，但承受的γ射線率要高得多。值得注意的是，本研究的科學家是第一個成功測量向下伽馬射線閃光地面輻射劑量的人。此外，通過使用多個氣體劑量計測量射線，在多個觀測點獲得了高質量的數據。同時確定創建的蒙特卡羅模擬準確性，這與高質量的數據相當。這最終讓科學家發現了向下伽馬射線閃光的關鍵物理特徵，包括在雷雨雲中的起源。伽馬射線閃光被認為是來自在閃電中加速的高能電子。

然而，地球上密集的大氣層阻礙了電子獲得相對論能量。對向下伽馬射線閃光的觀測將在尋找這個問題答案方面發揮重要作用，因為它們可以被多個更近的地面儀器觀測到。科學家收集的觀察結果具有許多有趣含義。首先，研究證實了向下伽馬射線閃光與之前從太空觀察到向上的伽馬射線閃光本質上是相同的現象。研究結果還表明，對於正在發生雷暴地區地面上的人來說，伽馬射線閃光是安全的。另一方面，伽馬射線閃光起源於雲中的位置可能不是很安全。

除了拓寬對雷暴期間發生伽馬射線爆發的理解之外，這組研究還揭示了通常用於在雷暴期間收集數據探測器的一些局限性。這可以為開發改進檢測的新工具提供信息，最終促使使用輻射監測器收集更高質量的數據。研究小組現在正在建立一個新的輻射監測網絡，這個網絡將為科學家提供更多的閃電高能事件，類似於這一事件。還與公民支持者合作，用可攜式輻射探測器覆蓋更廣泛的區域，研究人員表示：非常興奮地通過的公民支持和開放科學方法揭示閃電的奧秘。

博科園｜Copyright Science X Network/Ingrid Fadell,iPhys

參考期刊《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.061103

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