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黑色閃電產生伽馬輻射 科學家正研製新型檢測設備

來源:        發表時間:2016-07-19         作者:

據美國福克斯新聞網報道,近期在維也納舉行的歐洲地球科學聯盟會議上,科學家們指出需要發射更多的地球觀測衛星,以便對一種被稱為“黑色閃電”的神秘現象進行更加細致的觀測。

人類的肉眼無法看到黑色閃電,它是雷暴中的一種放電現象,會產生所謂的“地麵伽瑪射線閃”現象。伽馬射線是一種擁有極高能級的電磁波,其能級水平高於紫外線和X射線。這種現象一般發生在大氣層中存在強電場的區域。在電場中,電子被加速到接近光速的水平。此時這些電子和空氣中的分子相互撞擊產生伽馬射線粒子。隨後這些伽馬射線衰變成電子和它的反粒子——正電子。這些粒子進一步與空氣分子發生撞擊,隨之產生更多伽馬射線。
 
由於黑色閃電發生時會產生伽馬射線輻射,因此會導致在民航客機飛行高度上的乘員們遭受相當於數次胸片X射線照射或CT掃描的輻射劑量。不過研究人員也強調稱這一現象並不會對飛行人員的安全構成明顯的威脅。
 
20世紀90年代,科學界第一次觀測到這種神秘的“地麵伽瑪射線閃”。不過在當時,研究人員普遍認為其可能存在於大氣高層,因而遠離人們的居住區域。然而就在8年之後,一個研究組發現地球低層大氣在發生閃電時也出現了伽馬射線流。這一發現引起了科學家的關注,他們擔心這種現象會對民航班機的飛行構成影響。
 
意大利羅馬大學和國家天體物理研究所的天體物理學家馬可·塔瓦尼表示,足夠強度的伽馬射線會激發空氣中氧原子和氮原子,甚至飛機機身上鋁合金材料原子的原子核。這些原子核會很快衰變,這樣的結果是在短暫的時間內導致環境中中子濃度上升。他表示:“中子是有害的。”不過他也指出,事實上乘坐飛機旅行的人員本身由於高度的原因已經暴露在比地麵強300倍左右的中子輻射環境下,這是高空環境的正常輻射水平,飛機製造商們在設計飛機時便已經考慮這一因素並加以防護。然而大氣中產生的額外中子輻射則不在當初的設計考慮範圍之內。
 
目前在軌運行且可以觀測此類現象的衛星,其設計都並非是對準地球的;相反,這些衛星的眼睛都盯著宇宙深處的黑洞和其他輻射伽馬射線的天體或現象,地球的位置正好就在衛星觀測方向的身後。這種情況讓科學家們感覺需要研製一顆專用的對準地球的伽馬射線觀測衛星。
 
塔瓦尼表示,在未來發射對準地球的伽馬射線觀測衛星之後,該係統應當與其他體係,如氣象預報以及航班乘組係統之間實現聯網,並且應將其作為一種預警措施確保航班的安全。
 
目前科學家們暫時調用意大利的AGILE衛星以及美國的費米伽馬射線空間望遠鏡對地球大氣中伽馬射線現象進行觀測,這些探測器原本是設計用來對宇宙深處的X射線和伽馬射線現象進行研究的。現在,科學家們正在加緊設計專用的地球大氣層伽馬射線監測設備——“大氣—空間相互作用探測器”,該設備預計將於2013年至2014年期間由日本HTV貨運飛船送往國際空間站上安裝。該設備由歐洲設計製造,包括一套相機和伽馬射線探測器,其將對地球大氣中的極端雷暴現象、雲層、大氣以及水循環等現象進行詳盡考察。


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