据了解,闪电也许是自然界最名不副实的现象,很少能让人产生敬畏,即使是多次看到。18世纪中期,本杰明·富兰克林(Benjamin Franklin)通过风筝实验向世人证明,闪电是一种电学现象。自那时起,人们对闪电的普遍观念就是闪电其实也就是一种大的电火花,和穿袜子走在地毯上产生的火花没有本质区别。
然而最近科学家发现了关于闪电的一些令人费解的事情:有时候闪电的闪光是不可见的,只是一些急促且突然的强辐射脉冲。美国佛罗里达理工学院闪电研究员约瑟夫·德威尔(Joseph Dwyer)称其为“暗闪电(Dark Lightning)”。
许多闪电研究人员和天文学家都了解到,伴随着明亮的雷电,雷暴能释放出大量的X射线甚至导致密集的伽马射线爆发,而这些辐射通常与恒星坍缩等宇宙现象有关。研究人员发现,暗闪电产生的辐射所携带的能量是普通可见闪电产生能量的100万倍,但是这些能量并不会以一道闪电的形式保留下来,而是会迅速向各个方向消散。
德威尔称,暗闪电和普通闪电都是雷暴释放其内部积蓄的电能量的方式。暗闪电有可能会击中人,搭乘飞机的时候概率会大一些,但是和普通闪电击中人完全不同,这并不会受到伤害。然而根据德威尔的计算,被暗闪电击中时,人们可能会在一瞬间受到达到最大安全剂量的电离辐射,这种辐射对人体的影响是最大的。
德威尔表示,判断一架飞机是否被暗闪电击中的唯一方法是使用辐射探测器。他还称:“在被暗闪电击中时,可以看到飞机表面出现短暂的蓝紫色光芒。在飞机内部的乘客并不会感受到任何异常或者听到任何声响,但是他们可能已经遭受了一定剂量的辐射。”
然而,由于暗闪电发生的概率非常小,1000次普通闪电中可能会有一次暗闪电,并且飞行员会尽一切努力避开雷暴,所以人们受到的伤害是非常有限的,德威尔补充道。没有人能确定某个人是否被暗闪电击中过。
美国气象局的雷电安全专家约翰·杰森尼乌斯(John Jensenius)称,每年大约有2500万次可见闪电击中美国,总计造成大约30人及大量家禽家畜死亡。全世界的雷暴每年大约会产生10亿次闪电。
积雨云中强大的上升气流导致水滴和冰晶互相摩擦,产生大量正、负带电粒子,这是闪电产生的基础。上升气流使得这两种带电粒子互相分离,带正电的粒子通常集中在雷云顶端形成正极,而带负电的粒子通常聚集在底部形成负极。这两个电极之间的空气通常会充当绝缘层,这意味着没有电流能通过,也就不会出现闪电。但是当这个绝缘层被破坏时,情况就不一样了。科学家通过在实验室进行实验发现强电场能暂时将空气中的中性粒子转化为导电通路。
目前的问题是:尽管研究人员已经通过气球、飞机和火箭进行了数十年测量,但是仍然无法找到雷云中的电场的强度足够让绝缘体转变为导体的证据。为了找到引发这种转变的原因,研究人员开始测量雷暴释放出的闪电的辐射量,结果却意外的发现了暗闪电释放出来的伽马射线和X射线。
核爆炸及恒星坍塌是被人们熟知的会产生大量伽马射线的极端事件,人们通常不会想到雷暴也会产生类似的射线。
那么,雷暴究竟是如何产生这种异常强烈的射线呢?德威尔猜想超高速电子可能是关键。来自外太空的宇宙射线穿过地球大气层击中这些电子并使得其进行加速。这些超高速电子与雷云内部的原子发生碰撞,进而产生了X射线和伽马射线。这种碰撞引发的连锁反应可能就是引发暗闪电的神秘基础。
卫星上的伽马射线探测仪在发现暗闪电产生的原因中将起到关键性的作用。美国华盛顿海军研究实验室的伽马射线研究员埃里克·格罗夫(J.Eric Grove)表示,德威尔模型里描述的伽马射线闪光与最近卫星探测到的雷暴中高能量射线非常吻合。但是他也指出,一颗意大利卫星最近提供的数据表明雷暴产生的伽马射线所携带的能量可能远远大于德威尔的理论中提到的能量,这个言论一方面能帮助确定暗闪电存在,另一方面也增加了更多的谜题。
格罗夫希望费尔米伽马射线太空望远镜上的传感器提供的额外数据能提供更多的信息。他表示:“为了更好的理解这个现象,我们需要在雷暴周围进行更多伽马射线实验和电场实验。”在那之前,我们并不能完全了解闪电这种自然现象。
