闪电能产生γ射线？

今天正在播放的《全纪实》，说的是雷电。

根据γ射线卫星偶然的观测，发现地球表面居然也有原生的γ射线，它们来自于闪电！科学家是真的大吃一惊。根据统计，平均在闪电发生前1.24毫秒，就能观测到来自地球云层中的γ射线。对此的解释是：
来自宇宙中的高能粒子在大气上层产生簇射，其下级粒子进入雷雨云所在的强电场中，引发的雪崩效应就是闪电。根据高速摄影的回放，一次闪电簇射持续时间不过5毫秒左右（球状闪电例外）。

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所以，比较准确的说法是——γ射线导致了闪电。此句于2010.5.5 21:28增补。

这集不知道算不算科学性足够？说的东西很奇诡。
——闪电会污染大气层。当然，它们会产生氮的氧化物，我以前读书时学到的是：它是地球自然固氮过程的一部分。另外，闪电会产生臭氧，这现在居然也变成有毒的根据了。

另外，在地面雷暴的同时，大气中还会产生向高空产生的巨大放电现象——红色精灵。


“红色精灵”（Sprite）是近年来所发现数种由闪电所引发的中高空发光现象之一，其可能的成因简示如下：一般闪电是源自带着负电荷的云层底部，并向下落至地表。偶尔，闪电是源自云层顶端积蓄的大量正电荷，因此闪电发生后，电离层(Ionospere)和云层顶有着很强大的电场，因此吸引着电子向上移动。在移动的过程中会和气体分子碰撞，如果产生的电场够强而且周围的空气够稀薄，在和空气分子撞击之前，电子可以获得相当高的能量，当电子撞击空气分子，会把它们撞到激发状态，让分子发出辉光，产生红色精灵这种高空短暂发光现象。理论上，这种现象发生于40至90公里的高空中。最亮的红色精灵人类的肉眼就可以看见，但长久以来并不为人们所知，追究其原因在于它是发生在极端明亮的云对地闪电之后，因此上述的现象并不会特别引起科学家们的注意。红色精灵发光的时间通常持续不到三十分之一秒，亮度通常也不很明亮，出现的机会相当低，因此，科学家必须使用高感光度的摄影机，持续对雷雨云的上空录像，才能纪录到这种高空短暂发光现象。
1994年entman和Wescott第一次记录到“蓝色喷流”这种怪异的现象，他们是飞机在高空中飞越强烈的风暴之上，为捕捉红色精灵期间利用高灵敏度的照相机意外拍摄到的。由这些照片可以得知这种光以秒速120公里自云层顶端向上喷出，目前研究学者们正致力于找出可完整的解释其成因的理论。航天飞机拍摄的照片中，也有此类图像。已发现的最长“蓝色喷流”达80km。

另外，大气层中还有更大的放电现象——淘气精灵(ELVES)。淘气精灵就如同红色精灵一样，是一种由闪电所引发的高空发光的现象，它具有火红色、向外扩张的圈圈饼形状。其成因是云对地闪电所发出的电磁脉冲 (electromagnatic pulse)，传递到电离层的底部後，加热该处的分子并使它们发出红色辉光。更精确地说，这种强烈的电磁脉冲是以云对地闪电为中心，以光速传递的电波(如图6所示)。当这个电磁脉冲向上传递的部分(圆壳部分)传到约为75至100公里的高度时，电磁波的电场加速电子，这些被加速後的电子会撞击空气分子并将其提升至可以发光的激发状态。因而产生了以球壳和临界层之交点为轴心，向外扩张的圈圈状光环。

Y射线……可怕，还好时间短

找到几个稍微大些的图，这几个图来自wikipedia。

这个7.2版本的图片上传问题多多，如果更新就会出问题。不得不再发几楼了。

这是第一个红色精灵的彩色照片，昏倒，1493X1163，89KB的大图居然不能上传？如果wikipedia哪天不允许链接了呢？

                               
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NASA拍摄的蓝色喷流

就我所知的，要产生γ射线必须是原子核的震动，依靠电是不行的。

这个标题看来有问题，准确说法是：
γ射线导致了闪电。

记的以前看过，日本科学家研究称雷暴中的电场能加速电子，发生电子雪崩，能产生gamma-ray。忘了在哪里看的了……

记的以前看过，日本科学家研究称雷暴中的电场能加速电子，发生电子雪崩，能产生gamma-ray。忘了在哪里看的 ...
boomerang 发表于 2010-5-5 21:36

                               
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不可能是闪电的电场加速电子造成的！
空气中的电子的平均自由程很短，在闪电的电场中走不多远就会击中别的原子。短短的加速路径上它们获得的能量大概只够电离空气原子的程度（闪电就是空气中原子雪崩电离造成的），根本没有可能产生伽玛射线。

你看到的那个日本科学家的实验也许是这个
http://news.nationalgeographic.com/news/2007/10/071011-lightning-rays.html
新闻里说不论什么原因造成了闪电，那个原因很可能是产生伽玛射线的源头。而不是说闪电产生了伽玛射线

回复 15# nngs

谢谢哈！

终于找到了，我看的是这个

“Observation of an Energetic Radiation Burst from Mountain-Top Thunderclouds”

http://prl.aps.org/abstract/PRL/v102/i25/e255003


该机制认为相对论性电子的韧致辐射产生了伽马射线。产生相对论性电子的条件有：强电场；高能种子电子；足够的空间长度以便电子雪崩的产生。当这些条件具备的时候，电子从电场中获得的能量超过它的电离损失，电子将被加速到相对论能量……



没仔细看整篇文章，也许断章取义了哈

回复  nngs

谢谢哈！

终于找到了，我看的是这个

“Observation of an Energetic Radiation Burst from  ...
boomerang 发表于 2010-5-8 13:20

                               
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读了一下这篇文章
http://arxiv.org/abs/0906.0781
它的讨论 section 的第二段提到了原理, 需要一个高能宇宙射线(10万电子伏以上的电子束)做种子,再被雷电场加速产生雪崩效应(电子能谱到20Mev), 后轫至辐射导致伽玛射线. 具体是用 Gurevich et al. 的理论框架(如果要深究, 就得去翻Gurevich et al. 1992这个了)

闪电的威力那么大 应该会产生γ射线吧

闪电不是带不同电荷云团之间的摩擦吗，假如伽玛射线射向一片无云的地区，是不是就产生不了闪电？

回复 20# sonic5188

应该是吧。其实闪电只是我们看见的向地面和云层中的大规模放电，还有向太空的放电呢。看前面几楼。

晕死，这个论坛又产生20、40、60楼魔咒了，21楼的回复居然看不见了!

这好象是说闪电是宇宙的γ射线产生的，看来传统的闪电成因的解释有些问题了呀。另外：红色精灵、蓝色喷流、淘气精灵……原来闪电云层的上面还有那么多现象发生呐！——真是学习了。