雷雨云加速器

從1994年起，人造衛(wèi)星、飛船和安裝在地面的探測器都能從雷雨云中收集到γ射線，它們輻射的時間可保持幾毫秒到幾分鐘，似乎只有最短的輻射是與雷雨云發(fā)生閃電有關，科學家們一直認為，γ射線能在雷雨云的強電場下由接近光速的電子產(chǎn)生，因為此時的高速電子撞擊大氣分子后會使其速度慢化，從而輻射出γ射線，這就是物理上定義的軔致輻射，為了說明大量高速電子的出現(xiàn)，理論學家們假定初始的高速電子來源于宇宙線，它們在與大氣分子碰撞中產(chǎn)生出一批電子，新釋放出的電子再去碰撞分子，這樣就形成了一個“逃逸”電子的雪崩過程，這個理論模型可以與瞬間的閃電過程相符合，但卻無法解釋時間比較長的γ射線輻射。

為了能獲取新的數(shù)據(jù)來深入探討這個問題，日本Riken科學研究所的H.Tsuchiya教授和他的同事們安置了一批設備去測量從雷雨云中輻射出的電子與光子，其中主要是一組碘化鈉閃爍器，它可以接收從1萬電子伏特到1200萬電子伏特能量范尉內的高速入射粒子，閃爍器對500萬及更高電子伏特的電子尤為敏感，因為這些高速電子可以在大氣層內自由飛行幾百米以上這批閃爍器均安置于海拔為2770m的Norikura天文臺內，因為那里經(jīng)常會發(fā)生低層的雷雨云。

2008年9月28日的暴風雨夜晚，閃爍器收集到長達90s的輻射粒子流，當時并沒有發(fā)生閃電，計算機模擬顯示，所接收到的γ射線可能來自于閃爍器上方90m的距離，因為發(fā)射源的距離是如此短，所以雷雨云區(qū)域內的電子在獲得加速后能逃逸飛行到接收器內，這些高速電子能量值的范圍可擴展到2000萬電子伏特左右，這與理論上逃逸電子模型的能量估算值比較相符。

從電子計數(shù)可推測出雷雨云加速器的長度約有200m，這個長度要比理論上由逃逸電子模型所預計的長度短一些，在美同新墨西哥洲Sante Fe研究所工作的R.Roussel-Dupre教授(他是參與此項研究的科學顧問)認為，應該對與雷雨云有關的逃逸電子模型從理論上進行探討，特別是對雷雨云加速器的大小與規(guī)模進行一些修正，這樣才能解釋實驗上觀察到的長時間輻射粒子流和用氣球探測到的雷雨云內并不很強的電場。

(云中客摘自Physical Review Letters，26 June 2009)