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神秘的倒置闪电喷射是真实的,科学家看到了最好的景象

文章来源:好站长外链

作者:互联网

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2022-08-10

  自然界中最强大、最迷人的力量之一产生于风暴:巨大的光裂缝撕裂天空,将大量的电流发射到周围的大气中,当电流到达地面时,光裂缝就会进入地面。换言之,这就是我们通常认为的闪电。
 
  上图:一系列图像显示了俄克拉荷马风暴上方的喷流形态。
 
  但这种现象还有另一种表现形式,只是最近才被揭示出来:有时,它会从云层中向上喷发,形成巨大的蓝色电流“喷射”,冲向平流层。
 
  人们对这一现象知之甚少,因为它是不可预测的,发生在大多数人看不到的地方,在一层暴风云之上。
 
  但是,多亏了一位科学爱好者,2018年在俄克拉荷马州的一场风暴中,云层上方的这样一个巨型倒置闪电喷射被记录了下来(借助其他仪器收集的数据),科学家们已经能够在三维空间中详细研究它。
 
  这一结果给了我们关于这一奇怪现象的新细节,这应该有助于更好地理解它是如何发生的以及为什么会发生。
 
  佐治亚理工学院的物理学家和工程师利瓦伊·博格斯(Levi Boggs)说:“我们能够用真正高质量的数据绘制出这个巨大的喷射流的三维图。我们能够在云顶上方看到超高频(VHF)源,这是以前在这种细节水平下从未见过的。使用卫星和雷达数据,我们还能够了解到放电的非常热的先导部分在云层上方的位置。”
 
  2018年5月14日晚上,由 Watec 微光相机拍摄到的闪电喷流是巨大的,从拍摄的画面中可以清楚地看到这一巨大的排放。
 
  当博格斯得知这段录像时,他立即去寻找其他可能捕捉到这一事件的仪器的数据。这将是一个大丰收。
 
  这个巨大的闪电喷流在附近的一个称为“闪电测绘阵列”的 VHF 闪电测绘系统、两个 NCEI 下一代天气雷达 (NEXRAD) 位置,以及 NOAA 地球同步运行环境卫星 (GOES) 上的仪器的范围内并已被记录。
 
  这些丰富的数据意味着,利瓦伊·博格斯和他的同事能够进行深入的分析,重建闪电的复杂性。
 
  上图:闪电喷射的 Watec 视频。
 
  美国大学空间研究协会(USRA)的物理学家和工程师道格·马赫(Doug Mach)说:“包括闪电测绘阵列和两台地球同步光学闪电仪器在内的多个系统,都探测到了这条巨大的喷射流,这是一个独特的事件,给我们提供了更多关于巨大喷射流的信息。更重要的是,这可能是第一次用地球同步闪电测绘仪(GLM)设备在云层上方绘制出巨型闪电喷流的三维图。”
 
  数据显示,这个巨型闪电喷流确实是一个庞然大物。它从最大高度约为8公里的云层,传播到大约10倍于此高度的地方 —— 几乎与地球大气层和外层空间交接的Kárán线一样远。
 
  在此过程中,它向高层大气输送了大约300库仑的电荷。相较而言,一个典型的云对云或云对地闪电只传输约5库仑。
 
  研究小组还能够确定,闪电放电的先导(电离空气通道)温度极高,超过4700摄氏度(8500华氏度)。与此同时,较小的等离子流线温度明显较低,约为200摄氏度(400华氏度)。
 
  研究小组发现,这些流光开始在云顶上方传播,传播到海拔约80公里的较低电离层。这在云顶和电离层之间建立了电子连接,以每秒数千安培的速度传递负电荷。
 
  不同的仪器显示,喷流的光学组件仍然相对接近云顶,在15到20公里的高度。但是,在22 ~ 45公里的高空发现了 VHF 辐射。
 
  杜克大学的工程师史蒂夫·卡默(Steve Cummer)说:“VHF和光学信号最终证实了研究人员的怀疑,但尚未证实的是,闪电发出的VHF无线电是由称为‘流光’的小结构发出的,这些结构位于正在形成的闪电的最尖端,而最强的电流在这个尖端后面的一种叫做先导的导电通道中流动。”
 
  然而,仍然存在许多问题。目前还不清楚为什么大多数闪电都是向下或侧向的,而这种闪电喷流却向上喷射的。研究人员认为,可能有什么东西阻挡了闪电向下或向其他云层移动。
 
  虽然,俄克拉荷马风暴不是通常与喷气式飞机有关的类型,因为它发生在高纬度,而不是热带地区,而且发生在一年中的一个不寻常的时间,但它可以在这里提供线索。在这个巨型闪电喷流释放之前,几乎没有观察到向下的闪电。
 
  博格斯解释说:“无论出于什么原因,通常都会抑制云对地放电。有负电荷的积聚,然后我们认为风暴顶部的条件削弱了最上面的电荷层,这通常是正电荷层。在没有我们通常看到的闪电放电的情况下,这个巨型闪电喷流可能会缓解云中过量负电荷的积聚。”
 
  希望未来的闪电喷流能让科学家们找到答案。
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