研究人员着重分析了2018年8月一次闪电的数据 ， 他们分析了射电脉冲的模式 ， 这项研究正好可以分辨两种主流的闪电成因模型孰对孰错 。 相关的研究成果即将发表在《地球物理研究快报》上 。
宇宙线还是冰晶
对于闪电形成的机制 ， 有一种理论认为 ， 地球上闪电的形成 ， 需要来自外太空的粒子的帮助 。 外太空的宇宙线与雷雨云中的电子碰撞 ， 引发级联反应产生越来越多的电子 ， 从而增强雷雨云中的电场 ， 产生电火花 。
然而新的观测结果支持了另一种理论：闪电始于雷雨云内的冰晶簇 。 冰晶之间混乱的碰撞擦去了它们的一些电子 ， 使每个冰晶的一端带正电 ， 另一端带负电 。 正电端从附近的空气分子中吸引电子 ， 在冰晶尖端形成延伸出去的电离空气带 ， 这被称为“流光”（streamer） 。
每个冰晶尖端产生了成片的流光 ， 流光不断分岔 ， 加热周围的空气 ， 从空气分子夺走大量的电子 ， 使得更大的电流流向冰晶 。 最终 ， 一个流光变得足够热 ， 导电性也足够高 ， 就成为了一个先导（leader）——能允许真正的闪电移动的电离通道 。
LOFAR的研究人员依据观测数据重建了闪电发生的过程 。 他们发现 ， 射电脉冲先是呈指数使增长 ， 增长停止后 ， 闪电发生的位置附近出现了一个先导 。 他们推测这可能是流光的级联反应导致的 。 而冰晶在闪电形成中的的关键作用 ， 也与最近的情况相吻合 。 即在新冠疫情开始的头三个月内 ， 闪电活动减少了10%以上 。 研究人员认为 ， 疫情期间的封城和工厂停摆等举措 ， 导致空气中污染物减少 ， 没有足够的凝结核形成冰晶 ， 进而减少了闪电活动 。
荷兰埃因霍温理工大学的物理学家尤特·埃伯特（Ute Ebert）没有参与这项研究 。 她先是称赞了LOFAR研究人员的工作 ， 他们提供了高分辨率的闪电数据 ， 允许后续的研究者在此基础上建立精确的闪电模型 。 然而 ， 埃伯特也指出 ， LOFAR并没有直接对电离空气的冰晶成像 ， 它只是观测到了随后发生的事情 ， 那么最初的电离过程是如何开始的？现在很少有研究人员还支持宇宙线直接引发闪电的理论 ， 但埃伯特表示 ， 宇宙射线仍然可能扮演次要的角色 ， 它们可能触发了冰晶附近的第一道流光 。
LOFAR的研究人员希望在未来 ， 能够捕捉到这些毫米尺度上发生的事情 。 论文的共同作者约瑟夫·德怀尔（Joseph Dwyer）说：“我们正试图看清从冰晶上脱落的小火花 ， 以捕捉闪电在启动瞬间的形态 。 ”
冰晶附近产生流光只是整个闪电过程的第一步 ， 科学家们希望在未来 ， 利用LOFAR绘制出闪电从产生到扩大再到与地面连通的整个过程 。 原本应该观测太空的望远镜对准了闪电 ， 给了我们一个全新的视角 ， 将大大提升我们对这种常见气象现象的认识 。
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https：//www.quantamagazine.org/radio-telescope-reveals-how-lightning-begins-20211220/