閃電來(lái)自宇宙射線？

呂鳳珍

自本杰明·富蘭克林在暴風(fēng)中升起他的風(fēng)箏驗(yàn)證閃電現(xiàn)象已經(jīng)250多年了，科學(xué)家們?nèi)匀粚?duì)這耀眼的、有時(shí)甚至是致命的閃電現(xiàn)象后面的基本物理因素而迷惑。甚至可以說(shuō)，科學(xué)家對(duì)宇宙中星體爆炸的了解都要比對(duì)閃電了解得多。

閃電是如何產(chǎn)生的？傳統(tǒng)的解釋是閃電就是儲(chǔ)存在電場(chǎng)中的電荷放電。在雷雨云中，冰粒子相互碰撞形成電場(chǎng)。大部分電荷帶負(fù)電，幾千米以下的地面產(chǎn)生正電。最終，兩者之間的空氣成為電離空氣，并傳導(dǎo)電荷，或者從云層到云層，或者從云層到地面，從而形成閃電。

但是這樣的解釋有一個(gè)缺陷。空氣只會(huì)在大約2500千伏/米的電場(chǎng)中自然離子化。幾百年來(lái)，人們用風(fēng)箏、氣球和飛機(jī)等危險(xiǎn)的測(cè)量方法測(cè)量了許多雷雨云中的電場(chǎng)。然而，沒(méi)有人曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過(guò)雷雨云中有強(qiáng)烈到足以使空氣電離的電場(chǎng)。被發(fā)現(xiàn)的電場(chǎng)的強(qiáng)度通常在100千伏/米至400千伏/米之間，還不到形成電離空氣所需強(qiáng)度的十分之一。

那么閃電是由什么引起的呢？科學(xué)家漸漸把眼光投向了13年前俄羅斯科學(xué)家提出的一個(gè)理論：引起閃電的是來(lái)自太空的轟擊地球的高能粒子。這些宇宙高能粒子流被稱為宇宙射線，它們是太陽(yáng)耀斑和遠(yuǎn)古星球爆炸后留下的殘余物。每平方千米的地球大氣層每秒鐘就受到數(shù)以千計(jì)的宇宙射線的轟擊，其中許多宇宙射線跨越了星際距離。

1992年，俄羅斯P.N.列別杰夫物理研究所的亞歷克斯·古列維奇提出了宇宙射線可以催生閃電的理論。當(dāng)宇宙射線撞擊地球大氣層時(shí)，它可能擊中空氣分子，使其變成離子，從而產(chǎn)生極為高能的電子。在接近暴雨云的電場(chǎng)，這樣的高能電子可能被加速到接近光速的程度，然后擊中其他空氣分子并使它們離子化，如此通過(guò)連鎖反應(yīng)，產(chǎn)生越來(lái)越多的電子。不斷大量涌現(xiàn)的電子使空氣電離，導(dǎo)致電荷流動(dòng)。古列維奇稱之為“逃逸崩潰”。這個(gè)推測(cè)最初被人們認(rèn)為是標(biāo)新立異的，但現(xiàn)在卻成為主流的解釋。

逃逸崩潰在開(kāi)始時(shí)所需要的電場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)弱得多——大約300千伏／米，大致相當(dāng)于通常在暴雨云中測(cè)得的電場(chǎng)強(qiáng)度。以接近光速的速度移動(dòng)的粒子發(fā)射出高能和射線，比如Ｘ射線和伽馬射線，這為檢驗(yàn)上述理論提供了一個(gè)證據(jù)。2001年，美國(guó)新墨西哥采礦和技術(shù)學(xué)院的查利·穆?tīng)柤捌渫聜冊(cè)谟涗浺淮伍W電所發(fā)出的Ｘ射線時(shí)，發(fā)現(xiàn)了逃逸崩潰的第一個(gè)直接證據(jù)。2002年，繼穆?tīng)柕膱?bào)告之后，佛羅里達(dá)州國(guó)際閃電研究和測(cè)試中心聯(lián)合主任馬丁·烏曼及其同事們開(kāi)始用一個(gè)X射線探測(cè)器觀察他們用火箭制造的閃電。令他們驚訝的是，在2002年夏天捕捉到的37次閃電中，有31次釋放Ｘ射線。

通過(guò)最新的研究，科學(xué)家認(rèn)為宇宙高能粒子束以相當(dāng)?shù)乃俣汝J入大氣并激發(fā)出一些電子，而這些電子又會(huì)去激發(fā)其他的分子放出更多的電子，最后達(dá)到連鎖反應(yīng)的目的。如果是這樣的話，那么閃電發(fā)生云層所需要積聚的電能只是原來(lái)科學(xué)家預(yù)估的1/10。

盡管研究人員目前已確信導(dǎo)致閃電的原因是某種逃逸崩潰，而間接證據(jù)是，逃逸崩潰可能由在云層之上的宇宙射線引起。但是迄今為止，他們還不能肯定逃逸崩潰都是由宇宙射線引起的。如果研究人員要證明閃電和由宇宙射線引起的離子噴涌來(lái)源相同，那么他們就需要找到更加確鑿的證據(jù)。

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