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详细镜头终于揭开了触发闪电的原因

时间:2021-12-22 11:42:49   来源:网络  

  这篇新论文的合著者、格罗宁根大学的闪电研究员布赖恩·黑尔说:“这有点尴尬。这是地球上最有活力的过程。我们对这件事有宗教信仰,但我们不知道它是如何运作的。”教科书描述了冰雹在雷雨中随着较轻的冰晶上升而落下。冰雹将带负电的电子从冰晶中抹去,导致云层顶部带正电,底部带负电。这就产生了一个电场,它会一直膨胀,直到一个巨大的火花从天空上飞过。然而,云中的电场要弱10倍左右,不能产生火花。新罕布什尔大学的物理学家Joseph Dwyer说:“几十年来,人们一直把气球、火箭和飞机送上雷雨,但他们从来没有见过足够大的电场。这一直是一个真正的谜。它是怎么开始的?”他也是这篇新论文的合著者。20多年来,他一直在思考闪电的起源,其中一大障碍是云是不透明的;即使是最好的摄像机也无法窥视内部,看它何时启动。直到最近,这让科学家们别无选择,只能冒险进入风暴——自1752年本杰明·富兰克林著名的风筝实验以来,他们一直在尝试这种做法(根据当代的描述,富兰克林在风筝上挂了一把钥匙,在雷雨下飞行,并观察到风筝通电。)最近,气象气球和火箭提供了内部快照,但它们的存在经常干扰数据,因为它们人为产生了自然不会产生的火花。德怀尔说:“很长一段时间以来,我们真的不知道雷雨中闪电的时间和地点。”因此,德怀尔和他的团队转向了低频阵列(LOFAR),这是一个主要在荷兰由数千台小型射电望远镜组成的网络。洛法尔通常凝视遥远的星系和爆炸的恒星。
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  但根据德怀尔的说法,“我认为;它恰好在测量闪电时非常有效引用;。当雷雨从头顶滚滚而来时,洛法尔对天文学的贡献微乎其微。因此,望远镜调整其天线,以检测每一次闪电产生的大约一百万个无线电脉冲。与可见光不同,无线电脉冲可以穿过厚厚的云层,使用无线电探测器绘制闪电图并不是什么新鲜事;在新墨西哥州,特制的无线电天线早已观测到风暴。但是这些图像的分辨率很低,或者只是二维的。LOFAR是最先进的天文望远镜,可以在三维空间中以米为单位绘制照明地图,帧速率比以前的仪器快200倍。德怀尔说:“LOFAR的测量首次让我们对雷暴内部发生的情况有了一个真正清晰的了解。”物质化的闪电将产生数百万无线电脉冲。为了从混沌数据重建三维闪电图像,研究人员使用了与阿波罗登月类似的算法。该算法不断更新关于对象位置的已知信息。单个收音机天线只能显示闪光灯的大致方向,而添加第二个天线的数据可以更新位置。通过稳定回收数千根LOFAR天线,该算法构建了一张清晰的地图
  研究人员在2018年8月分析闪电数据时,发现无线电脉冲来自风暴云深处70米宽的区域。他们很快得出结论,脉冲模式支持两种主要理论之一,即最常见类型的闪电是如何开始的,闪电是从云中的冰晶团开始的。针状晶体之间的湍流碰撞会擦掉它们的一些电子,使每个冰晶一端带正电荷,另一端带负电荷。前端从附近的空气分子中吸收电子。更多的电子从更远的空气分子中流出,形成一条从每个冰晶尖端延伸的电离空气带。这些被称为流线(拖缆)。?? 每颗水晶的顶端都会产生一组流星,一颗流星会一次又一次地分支。流线加热周围的空气,并从空气分子中分离出大量电子,从而使更大的电流流向冰晶。最后,一条流线变得足够热和导电,成为一个水龙头——一条成熟的闪电条纹可以突然沿着冰晶驱动穿过这个通道。Ute Ebert,一位在荷兰埃因霍温理工大学研究闪电启动的物理学家说:LOFAR制定的步骤当然非常重要。她说,LOFAR的发射胶片为建立精确的闪电模型和模拟提供了一个框架,但由于目前缺乏高分辨率数据,这一框架受到了阻碍。
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