世界首創的研究揭示了閃電火花如何產生伽馬射線閃光

就在那一刻，兩股電流猛烈撞擊在一起，形成一個閃電Bolt 已被捕獲，首次揭示了此過程在生成強大的伽馬射線就在地球上。

這一觀察證實了這樣一個假設，即與閃電相關的地面伽馬射線閃光 （TGF） 是強大的電場將電子加速到接近光速的結果。

在日本石川縣金澤市進行的觀測中，由大阪大學物理學家 Yuuki Wada 領導的研究團隊使用尖端的多傳感器裝置以慢動作捕捉多個波長的碰撞閃電。

“研究極端過程（例如源自閃電的 TGF）的能力使我們能夠更好地了解地球大氣中發生的高能過程，”Wada 解釋道.

盡管云對地閃電形成速度快，它不是瞬間的，需要 Lightning Leader 清理一條路徑。空氣的導電性不強，但風暴活動導致大氣中電荷的積累可以產生一個電離的空氣通道，電流可以沿著該通道流動。這是一個閃電領導者，他們可以從云層中向下出現，也可以從地面向上出現。

TGF 被認為是電子在雷暴產生的強電場中加速到近光速的結果。這些級聯被稱為相對論失控電子雪崩，它們被廣泛接受為 TGF 的解釋。

當電子突然減速，因與大氣中的原子核碰撞而偏轉時，能量損失表現為伽馬射線——一種稱為軔致輻射.

研究人員建立了一個地面設備來監測無線電、光學和高能波長的閃電，能夠捕捉到微秒級時間尺度上的細節。

有趣的是，他們的結果表明 TGF 和閃電不是同時發生的;相反，TGF 發生以前閃電。但我們談論的是絕對微小的時間增量;在我們看來，這絕對是同時發生的。只有擁有最先進的設備，我們才能看到現實。

該團隊觀察到兩個閃電領導者，一個帶負電并從雷云中劃過到地面電視廣播塔，另一個帶正電并從塔中蜿蜒向上。

就在兩個電荷相反的領導人相遇之前，他們之間出現了一個高度集中的電場，其中電子被加速到相對論速度。

第一個伽馬射線光子在領先光子相撞前僅用了 31 微秒（百萬分之 31 秒）就被檢測到。完整的 TGF 爆發一直持續到 20 微秒后，領導者相遇形成雷擊。

這是科學家們首次觀察和記錄這一過程，為了解雷暴如何產生足夠的能量來產生伽馬輻射（電磁波譜中能量最高的光形式）提供了新的、非常詳細的見解。

“在這里進行的多傳感器觀測是世界首創，”物理學家土屋春文說日本原子能機構。“盡管仍然存在一些謎團，但這項技術使我們更接近于理解這些迷人的輻射爆發的機制。”

該研究已發表在科學進展.

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