圖說： 在望遠鏡陣列表面探測器（紅色方塊）上的閃電映射陣列（LMA）探測到的雲對雲閃電（圓圈）的動畫。顏色代表時間——最早的LMA源是藍色的，而最新的是紅色的。整個事件大約需要十分之一秒的時間。
在美國猶他州西部的沙漠中，有著橫跨紐約市區域大小的望遠鏡陣列，隨時等待著宇宙射線。在2013年的數據中，物理學家發現了一個奇怪的粒子特徵：光子就像由消防水龍頭灑出的細雨一樣灑落。該陣列出人意料地記錄了一種極為罕見的現象——伽馬射線，這是電磁光譜中最高能量的光波。它由雷擊產生，並向下輻射到地球表面。五年後，猶他大學宇宙射線小組領導的一個國際團隊比以往任何時候都更詳細地觀察到所謂的“向下伽馬射線閃光”（TGFs）。
在2014年到2016年間，望遠鏡陣列探測到10次TGFs，這比世界其他地區探測到的總和還多。望遠鏡陣列閃電項目顯示了TGFs在雷暴中產生的位置，是第一個在雲對地閃電開始時探測到向下的TGFs的項目，同時也是目前為止唯一能夠記錄地面上完整的TGF“足跡”的設備。據其顯示，伽馬射線覆蓋了直徑為3到5公里的區域。
“真正有意思的是，望遠鏡陣列並不是用來探測這些的! 我們的實驗設備要比其他的大100倍，所以我們的探測器響應時間要快得多，可以讓我們用別人無法看到的方式來了解閃電。”高能天體物理研究所物理與天文系的研究員Rasha Abbasi說道。
這項研究發表在5月17日的《地球物理研究雜誌》上。研究顯示，在2008年至2013年之間發現的類似的高能粒子陣雨爆發與國家閃電探測網絡記錄的相關閃電活動之間存在很強的相關性。
“我們最終意識到，所有這些奇怪的事件都發生在天氣不好的時候。所以，我們研究了國家閃電探測網絡，並且發現，在雷擊後一毫秒內我們會得到一個觸發脈衝。”物理教授John Belz說道。
研究人員請來了新墨西哥理工大學朗繆爾實驗室的閃電專家，幫助他們更詳細地研究閃電。他們安裝了一個由該小組開發的九站閃電地圖陣列，該陣列能生成閃電在風暴中發出的輻射頻率的3-D圖像。2014年，他們在陣列的中心安裝了一個額外的儀器，叫做“慢天線”，記錄了閃電放電引起的風暴電荷的變化。
在此之前，TGFs主要是由衛星探測到的，很少或沒有地面數據來表明它們是如何產生的。
1994年費米衛星記錄了第一個TGF現象，物理學家認為只有劇烈的天體事件，如爆炸的恆星，才能產生伽馬射線。逐漸地，科學家們確定這些射線是在閃電的最初幾毫秒內產生的。自從發現這些向上的TGFs後，物理學家們一直在想，雲對地閃電是否也能產生類似的TGFs，從而向下輻射到地球表面。
之前，只有6個向下的TGFs被記錄下來，其中兩個來自人工誘導的閃電實驗。該陣列的觀測結果首次表明，在閃電的初始擊穿階段，出現了向下的TGFs。
目前，研究人員還有很多問題沒有得到解答。該研究小組希望能給望遠鏡陣列帶來更多的傳感器，以加強閃電測量。特別地，安裝一個無線電靜態探測“快速天線”將使物理學家能夠看到在閃電開始時電場變化的亞結構。
“通過引入其他類型的雷擊探測器和進一步努力，我相信我們可以為這個領域做出更多的貢獻。”研究人員說道。
編譯：Coke 審稿：alone 編輯：張夢
來源：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180517102259.htm
閱讀更多 科技工作者 的文章
