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事实证明,闪电似乎是大自然的粒子加速器。在 20 世纪 20 年代,诺贝尔奖获得者 C. T. R. Wilson 提出,闪电可能会产生以光速传播的电子。从那时起,科学家们一直在根据对自然发生的闪电和雷雨云周围 X 射线的卫星图像的观测,提出支持和反对该观点的证据。许多研究人员认为,较低的大气层过于稠密,电子无法加速到足以发射 X 射线和其他高能粒子的速度。相反,他们认为闪电的工作原理是传统的能量释放——就像您在踩过地毯后触摸门把手时产生的火花一样,只不过规模更大。现在,研究人员在受控闪电发生期间测量到了强烈的短时辐射爆发。结果表明,与雷暴相关的电场强度足以克服电子在稠密的低层大气中与空气分子碰撞时所受到的阻力,从而使它们能够以相对论速度快速移动。
大自然不会根据感兴趣的科学家的地点和时间表来规划雷暴,这使得早期的工作人员难以研究闪电引起的辐射。佛罗里达理工学院的 Joseph Dwyer 和佛罗里达大学国际闪电研究和测试中心的 Martin Uman 通过在风暴期间触发闪电来规避这个问题,这在现代闪电研究人员中是一种常见的做法。为了做到这一点,该团队发射了一枚用铜线拴在地面上的火箭进入雷雨云,目的是捕捉击中火箭并沿着电线到达发射台的闪电。他们成功地控制了 37 次独立的闪电,并发现与其中 84% 的闪电相关的强烈 X 射线辐射爆发——每次通常向探测器释放数千万电子伏特的能量。
“闪电的工作原理确实需要重新审视,”Dwyer 断言。几年前,在新墨西哥州一座山顶工作的科学家测量到来自自然闪电的 X 射线,但他们的实验无法复制。今天发表在《科学》杂志上的这项新工作是第一个受控且可重复的实验,表明闪电会发射高能辐射。Uman 说:“我们对受控闪电的测量可能会让其他人相信山顶测量是正确的。”