1960年，苏联击落了飞越叶卡捷琳堡的美国飞行员弗朗西斯·加里·鲍尔斯的飞机。飞行员被活捉，并被判处10年监禁，而飞机残骸则被公开展出。它被称为U2事件，是以鲍尔斯驾驶的间谍飞机命名的。鲍尔斯是应中情局的要求设计的一架飞机，可以在高空飞行，在不被发现的情况下拍摄共产党的军火库。
60年后，同样类型的飞机——现在被转换为科学用途——使科学家们能够前所未有地看到雷暴内部发生了什么。虽然雷暴可以从地球和太空中进行研究，但引发闪电的确切机制仍然未知。闪电可以将大气层加热到惊人的2万摄氏度，是太阳表面温度的三倍。
2023年7月，美国国家航空航天局用其ER-2飞机进行了10次飞行，该飞机与冷战中使用的u2飞机型号相同。美国航天局的目标是进行一项前所未有的实验:上升到12英里的高度，反复飞越当时加勒比海和中美洲最严重的热带风暴。这架装有科学仪器的喷气式飞机可以滑翔数小时。在地面上，一组研究人员、气象学家和军事人员引导飞行员，用代码“发光!”提醒他们即将发生放电的位置。飞行员在距离云层和它们的电活动仅1.5英里的地方航行，使科学比以往任何时候都更接近风暴。
实验结果表明，风暴以伽马射线的形式产生放射性，与核爆炸和铀等元素衰变产生的辐射相同。虽然之前的实验已经证实了这种现象的存在，但美国宇航局飞机观察到的规模是前所未有的。这些风暴持续数小时产生伽马射线，覆盖面积超过3400平方英里——几乎相当于整个欧洲的面积。
在周三发表在著名杂志《自然》(Nature)上的两项研究中，科学家们将这种现象比作一锅沸水，其中每个气泡代表一闪而过的伽马射线，这种射线只持续不到一秒，用肉眼看不见的闪光照亮天空。
由于其设计，ER-2只能容纳一名飞行员，他穿着类似宇航员的加压服。一名飞行员注意到，云层似乎呈现出“一种奇怪的紫色，因为光线释放的速度很快”。杜克大学(Duke University)的电气工程师、第一项研究的合著者史蒂夫·卡默(Steve Cummer)解释说:“我们第一次知道，这个过程非常普遍，有壮观的视觉显示和伽马射线，它们在没有专门设备的情况下是看不见的，它们协同工作释放能量。”
挪威卑尔根大学(University of Bergen)的物理学家、第二项研究的合著者马蒂诺·马里萨尔迪(Martino Marisaldi)强调，风暴云是地球上最大的天然粒子加速器。“在任何给定的时间，地球上大约有2000个活跃的风暴云，每秒产生大约45次闪电。这是我们能想象到的最强大的过程之一，了解它是如何发生的是至关重要的。”
围绕闪电的一个大谜团是，它需要的电场是迄今为止在风暴中观察到的电场的10倍，这让科学家们不确定放电是如何开始的。
这些科学家在风暴中发现了一种新的伽马射线，称为闪烁伽马射线闪光(TGF)。这种现象是两种已知伽马射线之间的“缺失环节”:一种是持续时间超过一分钟的长时间闪光，另一种是更强烈但只持续几微秒的地面闪光。tgf恰好发生在较长时间的闪光之后和闪电发生之前，这表明存在一种未知的过程，以伽马射线的形式释放能量，可能是闪电形成的前兆。
“如果这个过程没有发生，风暴将更加电气化，并可能产生更强大和危险的放电，”卡默承认。从宇宙学的角度来看，新的发现与现有的知识很好地吻合:伽马射线是宇宙中最强大的辐射形式，在几分之一秒内释放的能量比宇宙中所有恒星的总和还要多。
在风暴云中发生的另一个有趣的过程类似于科幻电影:失控的相对论性电子雪崩。这些电子被称为“相对论”，因为它们以接近光速的速度运动，根据爱因斯坦的相对论，这是宇宙中允许的最大速度。当这些电子与空气分子碰撞时，它们会产生高能电子和光子。云内的潜力变得如此巨大，以至于正电子也被创造出来——反物质粒子与电子互补，但携带相反的电荷。“我们现在知道许多风暴会发射伽马射线并产生反物质，”Cummer说。
这项研究的团队认为，他们现在更接近于理解闪电是如何产生的。Marisaldi说:“我们第一次看到伽马射线不仅仅是一种科学好奇心，而且是一个基本的过程，可能发生在所有具有足够强电场的风暴中。”这不仅包括热带风暴，还包括可能发生在欧洲的风暴。他补充说:“这项工作为进一步研究高能粒子的产生如何导致闪电奠定了基础，这是大气物理学中最大的谜团之一。”
科学家认为伽马射线闪光不会对人类造成危险;一个人需要离得非常近才能接受到相当大的剂量。然而，离风暴太近确实有风险。在这样的风暴中驾驶飞机最危险的方面是巨大的湍流，这可能会使飞机倾覆。虽然雷击令人担忧，但并不过分令人担忧。商用客机遭遇电击是相对常见的——大约每年发生两次——在大多数情况下，没有损坏。
新罕布什尔大学的物理学家和数学家约瑟夫·德怀尔在一篇独立评论中解释说，这两项新研究为一个新兴领域——高能大气物理学做出了贡献。“令人难以置信的是，进入21世纪20年后，地球的大气层仍然有足够的惊喜来开创一个全新的科学领域。”他补充说，使用美国宇航局老式间谍飞机等仪器进行的研究可能会导致我们对风暴电气化和闪电的理解发生革命。
?Quieres a?adir otro usuario a tu suscripción?
Anadir调查usuarioCo
持续leyendo aquí
Si continúas leendo en este dispositivo, no se podrdr
?Por ququel estás viendo esto?
Flecha
Si quieres compare to cuenta, cambia to suscripción a la modalidad Premium, así podrás a?adir o uuario。在电子邮件中，您可以使用电子邮件访问
个性化的电子邮件体验PAíS。
En el caso de no saber qui
Si决定了连续的空间和空间，este mensaje se mostrartenen en dispositivo, en el de la otra persona que estuusando to cuenta de forminida, affect和experiencia de lecture。pedes咨询顾问aquí los tsamrios y conditions de la suscripción digital。
