被忽视的天气现象在我们的大气中产生伽马射线

雷暴的电效应不仅限于大气层的高处。在靠近地面的地方，地球大气层嗡嗡作响，强电场会加速粒子，以迫使原子发出伽马射线发光的方式抛出电子。

在亚美尼亚的一座山顶上，科学家们仔细观察了这种神秘的气象现象。

在阿里汉扬国家科学实验室位于阿拉加茨山的宇宙射线设施中，物理学家阿肖特·奇林加里安（Ashot Chilingarian）和他的同事们一直在努力了解Thunderstorm Ground 增强功能或 TGE 的 SET 进行验证。

Chilingarian 说，这种电磁增强在雷暴研究中被忽视了——但它可能是我们理解物理宇宙的一块拼图，从地球上的雷暴，到穿越太空的宇宙射线。

“每天发生 40,000 次雷暴。许多检测大气排放的网络和带有精密光学仪器的卫星正在监测闪电闪烁。尽管如此，当我们开始 TGE 研究时，没有人监测到轰炸我们的星球及其上方太空的兆伏特 （MeV） 电子的巨大通量，“他告诉 ScienceAlert。

“我们建立了塞万粒子探测器网络，用于监测东欧、德国和亚美尼亚的 TGE。能量为数十 MeV 的电子加速器覆盖了大气层中的大量空间和地球表面的许多平方公里。

“这种巨大的通量伴随着地球上生命的数十亿年进化，肯定会影响地理空间和生物圈的各个方面。”

TGE 由雷暴产生的大气中的电场组成。在这些电场中，电子被加速到高速——接近真空中光的速度，或相对论速度。

这些被称为相对论失控电子雪崩，由电场推动向地面和向上进入大气层。正是这些电子产生了辐射。

当它们突然减速时，由于与大气中的原子核碰撞而偏转，能量损失表现为伽马射线——一种称为轫致辐射.

Chilingarian 和他的同事利用他们的探测器网络收集了 2023 年欧洲雷暴的数据，对他们记录的 56 次强 TGE 期间发生的电子和伽马辐射进行了详细测量。

最强烈的 TGE 主要发生在 5 月至 7 月，最强的一次是 5 月在斯洛伐克的 Lomnický štít 山上记录的。对于这一事件，粒子通量是正常晴朗天气水平的 100 倍。总共有 7 个事件超过了晴朗天气变化的 75% 以上。

“我们测量了地球表面的稳定电子通量，占地十万平方米。一些机制提供了一分钟或更长时间的稳定性，“Chilingarian 解释说。

“一个巨大的电子束出现在雷云中，那里的电荷结构在二次尺度上发生变化。大气放电会消除电位差，但磁通量是稳定的。测量真是令人兴奋！

令人惊讶的是，研究人员还发现，电场离地面的距离比他们预期的要近得多。他们测量了离地面 50 米（164 英尺）的强电场强度。

“这一发现让气象学家感到震惊，在我们提出详尽的证据之前，他们不相信，”Chilingarian 指出。

加速度的一致性能够保持粒子通量长达几分钟，以及电场的低高度，揭示了我们以前不知道的大气电场和雷暴结构的新细节。

例如，TGE 可能提供一条途径，雷击可以到达地面.它们在地球物理学中的作用需要研究。研究人员已经制作了一个开放访问 TGE 数据库可供科学界探索和分析。

他们的雷暴研究只是在 Aragats 上进行的工作的一部分。今年，太阳在接近太阳极大期时达到了疯狂，这是其活动周期的高峰，在日冕物质抛射的推动下，粒子喷入太空。

Chilingarian 和他的同事还用山顶设备探测到了太阳事件，发表了三篇论文，第四篇论文正在撰写中。

“我们银河系中的猛烈爆炸也会向太阳系发送超高能粒子。最近Pevatrons，源 10¹⁵发现了 eV γ 射线。我们根据我们对大气物理学的了解对这一发现进行了批判性分析，“Chilingarian 告诉 ScienceAlert。

“大气层、太空和太阳能加速器的协同作用对于理解自然很重要！”

研究结果的物理评论 D.

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