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闪电是由宇宙线引起的吗

时间:2010-01-11 09:56 来源:《环球科学》2008年第5期
解答专家:约瑟夫·R·德怀尔(Joseph R. Dwyer) 美国佛罗里达理工学院物理学和空间科学教授
  

  虽然一些科研人员提出,闪电是由宇宙线引起的,但是包括本人在内的一些科学家却对此表示怀疑。目前,争论仍未停止。
 

  人们对雷暴(thunderstorm) 内部进行了数十年测量,一直未能找到一个足够强的电场,能自然激发闪电。1992 年,苏联莫斯科列别捷夫物理研究所的物理学家亚力克斯·V· 古列维奇(Alex V. Gurevich)及其同事提出了一种闪电成因理论。这种理论认为,由高能宇宙线产生的高能粒子(energetic particle)大规模簇射,可能触发闪电的大规模能量释放,而这些高能宇宙线则源于一些爆炸的恒星。要让古列维奇的理论成功运作,必须有大量带电粒子同时通过雷暴,而宇宙线单独产生的大气簇射并不能产生足量的高能粒子。因此,古列维奇假设,雷暴通过一种称为“逃逸崩溃”(runaway breakdown)的过程来增加高能粒子的数量,增强宇宙线。
 

  当宇宙线击中大气中的气体分子,释放出高能电子时,逃逸崩溃便发生了。这些释放出来的电子与其他气体分子碰撞,产生更多的逃逸电子、X 射线和伽马射线,导致一场高能粒子雪崩,撕破云层。根据古列维奇的模型,这种级联簇射就是引发闪电的催化剂。
 

  我们知道,逃逸崩溃确实能对雷暴内部的低能级电场起作用。通过对雷暴发出的X 射线和伽马射线大规模爆发的观测,我们还了解到,这种爆发有时正好发生在闪电之前。但仍然有人对宇宙线引发闪电的说法表示怀疑(事实上,有些理论涉及了其他来源产生的逃逸崩溃)。主要的怀疑根据是,闪电必须形成一条穿透云层的导电通道。这条通道温度极高,且只有几厘米宽,起着类似金属导线的作用,让巨大的电流从中流过。人们至今仍不清楚,宇宙线诱发的逃逸崩溃所产生的大规模扩散放电,如何形成这样一条狭窄的高温通道。(翻译/ 詹浩)

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