[科普中国]-暗闪电

简介

每年夏天，我们会不时遭遇雷雨天气，“划破”天空的闪电是大自然最壮观的景象之一。美国研究人员发现，云层中还可能出现一种看不见的闪电，它就是暗闪电。

暗闪电由v射线和×射线组成，因此肉眼难见，但是可以被辐射探测器监测到。暗闪电是如何形成的7美国科学家约瑟夫·德威尔推测，在高能射线的推动下，太空中一些自由电子被加速成超快速电子。这些电子在穿越雷雨云时，会撞击云层内部的原子而产生X射线和Y射线。这些碰撞会引发连锁反应，从而引发强烈的暗闪电。

美国科学家约瑟夫·德威尔表示，不是每片雷雨云都会发生暗闪电，其发生概率约为可见闪电的千分之一。当人们乘坐飞机穿过云层时，可能会遭遇暗闪电。

虽然Y射线和X射线都是放射性很强的高能射线，但是德威尔说：“暗闪电的辐射剂量达不到快速危害人体健康的水平。我们还不确定暗闪电对人体健康的长期影响。

从现有的监测结果来看，飞机穿过发生暗闪电的云层时，乘客接受到的辐射剂量相当于做一次全身CT扫描。因此，人们无需对暗闪电的危害过于担心。另外，暗闪电也不会影响飞机的正常飞行。2

现象越来越多的闪电研究学者和天文学家了解到伴随着明亮的霹雳，雷暴会释放出X射线喷雾甚至是密集的伽马射线爆发，这种辐射形式往往与宇宙奇观有关，例如坍塌的恒星。这种不可见雷暴产生的辐射大约是可见闪电产生能量的100万倍，但是这些能量也会朝各个方向迅速消散，而非以一道闪电的形式残留下来。

暗闪电和普通闪电似乎有时候在竞争作为雷暴发泄内部堆积的电能量的形式。和普通闪电不同，人们往往会被暗闪电所击中，主要是在乘飞机的时候，但是并不会受到伤害。根据计算，人们可能在瞬间接受到最大安全剂量的电离辐射——它会对人体造成最大的影响。

探测确定飞机是否被暗闪电击中的方法是“用辐射探测器探测”。在闪电发生时，人们或可以观察到飞机周围发出短暂的蓝色紫色光芒。在飞机内部，乘客可能无法听到或者感受到任何异样，但他们所受到的辐射剂量的确非常大。

然而，由于1000次可见闪电中可能只有一次是暗闪电，且飞行员已经尽最大努力避免与雷暴相遇，因此人们所受到的威胁相当有限。没有人能够确定一个人是否受到过暗闪电的击中。

每年美国发生的闪电大约会导致30人以及很多家畜死亡。每年全世界大约发生十亿次左右的闪电。

当积雨云强大的上升气流逼迫水滴和冰晶互相摩擦，从而产生大量正电子和负电子时，就会产生闪电。上升气流会引起两种带电粒子分离，雷云顶端往往变得带正电，而低端则带负电。

带电粒子之间的空气常常变成绝缘层，这意味着不会产生任何火花或闪电，除非外因导致这一隔离层破裂。科学家通过实验室实验了解到超强的电厂有时会将空气中的中性分子暂时转化为导电的通路。

研究闪电研究学者面临的问题是，尽管对气球、飞机和火箭进行了几十年的测量，他们仍然无法找到雷云电厂足够强大以引发这种绝缘体变导体的转变的证据。为了研究究竟是什么引发了这种转变，研究人员开始测量雷云平时释放出的闪电的辐射量，他们意外的发现了暗闪电放出的伽马射线和X射线。

核爆炸和坍塌的恒星是能够喷射出伽马射线的典型的极端事件。然而，有些雷暴是如何产生这样罕见强大的射线？德威尔怀疑超快速的电子可能是关键，这些电子被来自深空的穿越地球大气层的宇宙射线所撞击并加速。这一理论认为带能量的电子撞击了雷云内部的原子以产生X射线和伽马射线。这些碰撞会引发连锁反应，这可能是引发暗闪电的神秘基础。

卫星上的伽马射线探测器是天文学家发现究竟什么引起暗闪电的关键。根据美国华盛顿美国海军研究实验室的伽马射线研究员表示，德威尔模型里描述的伽马射线闪光非常符合卫星测量到的雷暴放射出的高能射线。但意大利卫星获得的近期数据暗示着雷暴产生的伽马射线闪光可能比德维尔理论中预测的能量更大，使得确定暗闪电的存在更加困难重重。

研究人员希望费米伽马射线太空望远镜上传感器获得的额外数据能够提供更多的信息。我们需要更多雷暴附近和内部的伽马射线和电场实验以更好的理解这一现象。但是，对这种自然现象的理解仍有待补充和完善。

危害据国外媒体报道，研究人员发现，几乎看不见的“暗闪电”可能常以大量伽马射线轰击飞机乘客。他们称，地球的这些伽马射线闪光可能出商用飞机经常飞行的同一高度附近。这些伽马射线闪光非常明亮，可使外太空外数百公里的仪器致盲。美国佛罗里达理工大学的科学家已开发出一种新的基于物理的模型，可准确了解雷暴是如何产生高能辐射的。他们还能通过这个模型计算出飞机在错误时间出错误地点时乘客接收到的辐射剂量。雷暴顶部附近、可从太空看见的伽马射线闪光的辐射剂量相当于约10次胸腔X光扫描，或一个人一年中从自然背景来源中接收到的辐射剂量。

研究“暗闪电”模拟的科学家之一约瑟夫-德威尔表示：“雷暴中间附近的辐射剂量可能还要大约10倍，和医疗程序中产生的最大辐射剂量相差无几，大致相当于一次全身CT扫描。虽然航空公司飞行员尽力避开雷暴，但飞机也会偶尔进入带电的风暴中。根据模拟计算，有时可能有数百人在不知不觉中同时收到来自暗闪电的高剂量辐射。”

至于多久发生一次这种情况，还是个未知数。但科学家正进行研究，希望解决这个问题。研究人员表示，这个剂量好像从未达到最初估计的真正危险水平。德威尔说：“辐射剂量好像从未达到真正的危险水平。人们无需对暗闪电的辐射担心，它不会影响飞机的正常飞行。”

近10年来，科学家一直知道雷暴可产生短暂但强大的地球伽马射线闪光。 这些伽马射线闪光非常明亮，可使外太空外数百公里的仪器致盲。它们可能来自商用飞机常规飞行路线的同一高度附近，于是科学家设法了解地球伽马射线闪光对飞机乘客是否造成危险。

直到最近，为寻找答案所开展的研究工作因对雷暴产生这些伽马射线的原因知之甚少而受到阻碍。数据显示，客机的平均巡航高度在3万到4万英尺(约合9150到12200万米)之间，这表示商用班机每次飞行可能两次经过潜在危险高度1.6万英尺(约合4900米)。3