“电母”其实是阿波罗?

开天辟地后,世界上就有了闪电,但闪电的成因却一直是个谜。近日,有研究者认为谜底可能是太阳风中的带电粒子。这些带电粒子可以穿透大气并使空气电离,释放出大量自由电荷进而导致大规模的放电现象,于是就产生了闪电。研究论文于5月15日发表在《环境研究快报》(Environmental Research Letters)上。

雷雨云中微小冰粒的相互碰撞产生了自由电荷,气流的冲击又将正负电荷分开。空气本身是优良的绝缘体,它可以阻止电子运动,并平衡静电电荷;但如果这时空气产生了被电离的分子,那么空气就成为了导体,在带不同电荷的云团之间,或云团与地面之间为电子运动提供通道,结果就产生了闪电。

科学家们依然不太清楚这个电子运动通道最初是如何产生的。一个极强的电场能使绝缘体自发地变为导体,但是专家们认为大气中缺乏产生此现象所需的几十万伏以上的电压,因此科学家需要寻求其它解释。英国雷丁大学的研究人员发现,太阳风可能在闪电形成时扮演了重要的角色。

太阳风中的带电粒子在空间中高速运动,这些粒子使地球磁场局部增强,而增强后的磁场反过来使这些带电粒子加速。这些高速带电粒子就被称作太阳高能粒子(solar energetic particles,SEPs)。与其它慢速运动的粒子不同,太阳高能粒子能够穿透地球磁场和大气层,到达闪电形成的低海拔处。空间科学家克里斯托弗·斯科特(Christopher Scott)表示,这些粒子与空气中的原子碰撞后,会产生一连串的高能粒子。这种现象被称作“逃逸崩溃( runaway breakdown)”,它足以使原本绝缘的空气被击穿,触发闪电。1992年,莫斯科列别捷夫物理研究所的物理学家亚历山大·古列维奇(Alexander Gurevich)首次提出了逃逸崩溃理论。但他认为,导致闪电的并不是太阳风中的带电粒子,而是能量更高、来自太阳系外的宇宙射线。

太阳风示意图

太阳风示意图。

为了明确带电粒子和闪电之间的关联,斯科特和他的同事们记录分析了以英格兰中部为中心,方圆500千米范围内的雷击情况,并与美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)所提供的太阳风到达地球时强度的数据进行了分析。他们发现,在正常情况下,该地区每天平均发生321次闪电;但当太阳风到达地球后,每天发生闪电的次数增加到了422次。

斯科特认为,探空气球能为他的研究模型提供更多的帮助。高空气球所携带的粒子探测器能够测定并分析太阳风是否的确使大量高能粒子穿过了大气层。

同时进行此项研究的佛罗里达理工学院物理学家约瑟·德怀尔(Joseph Dwyer)指出:“这个研究让我第一次意识到,太阳风与地球上闪电的形成有直接关系。”他认为,如果这个研究模型被证明是正确的,那么斯科特和他的研究团队所做的工作会是“极为重要的”。

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