科學(xué)家對(duì)美國(guó)俄克拉荷馬州的一次大規(guī)模雷暴開(kāi)展了詳細(xì)的3D研究后，進(jìn)一步了解了一種名為“巨大噴流”的獨(dú)特大氣現(xiàn)象。作為目前為止研究過(guò)的最為強(qiáng)勁的巨大噴流，此次雷暴釋放的電荷高度達(dá)到了80公里，且電荷數(shù)量多達(dá)普通閃電的100倍。

　　據(jù)估計(jì)，此次巨大噴流將大約300庫(kù)倫的電荷從雷暴轉(zhuǎn)移到了地球電離層中（太空的最底端）。而一般的閃電在云層或地面之間、或者云層內(nèi)部攜帶的電荷還不到5庫(kù)倫。向上的放電還包括溫度相對(duì)較低（約200攝氏度）的等離子體流。不過(guò)，其中的“先導(dǎo)”部分溫度極高，超過(guò)4400攝氏度。

　　“我們利用高質(zhì)量數(shù)據(jù)、繪制了此次巨大噴流的3D路線圖。”佐治亞理工學(xué)院研究科學(xué)家、此次發(fā)表論文的通訊作者利瓦伊·博格斯表示，“我們也首次成功觀察到了云層上方的甚高頻源。利用衛(wèi)星和雷達(dá)數(shù)據(jù)，我們找到了熾熱的放電先導(dǎo)部分在云層上方的具體位置?！?/span>

　　博格斯與多個(gè)機(jī)構(gòu)合作開(kāi)展了此次研究，包括美國(guó)大學(xué)空間研究協(xié)會(huì)、德州理工大學(xué)、新罕布什爾大學(xué)、西班牙加泰羅尼亞理工大學(xué)、杜克大學(xué)、俄克拉荷馬大學(xué)、美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局國(guó)家嚴(yán)重風(fēng)暴實(shí)驗(yàn)室、以及洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。研究結(jié)果于8月3日發(fā)表在了多學(xué)科開(kāi)源期刊《科學(xué)進(jìn)展》上。

　　杜克大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程教授斯蒂夫·康莫?jiǎng)t利用閃電釋放的電磁波研究了這一現(xiàn)象。在他管理的研究基地，若干傳感器在空地上組合成類似傳統(tǒng)天線的序列，負(fù)責(zé)接收當(dāng)?shù)乩妆┌l(fā)出的信號(hào)。

　　“甚高頻及光學(xué)信號(hào)證實(shí)了研究人員之前的猜測(cè)：閃電發(fā)出的甚高頻射電信號(hào)來(lái)自正在形成的閃電尖端處的“流光”（streamers）結(jié)構(gòu)，閃電中最強(qiáng)的一股電流緊接其后，沿著名為‘先導(dǎo)’的導(dǎo)電通道流動(dòng)。”

　　該論文的共同作者、大學(xué)空間研究協(xié)會(huì)成員道格·馬赫指出，此次研究的獨(dú)特之處在于，其確定了閃電發(fā)射光線的三維位置就位于云層頂部上方。

　　“好幾個(gè)系統(tǒng)都檢測(cè)到了此次巨大噴流，包括閃電繪圖陣列、以及兩臺(tái)地球同步光學(xué)閃電檢測(cè)儀，這是一起絕無(wú)僅有的事件，也為我們提供了更多有關(guān)巨大噴流的信息?！瘪R赫指出，“更重要的是，這大概是巨大噴流在云層以上的部分首次利用地球同步閃電繪圖儀器組完成三維路徑繪制?！?/span>

　　過(guò)去20年間，科學(xué)家雖一直在對(duì)巨大噴流開(kāi)展觀測(cè)和研究，但由于缺少專用的觀察系統(tǒng)，真正探測(cè)到的巨大噴流寥寥無(wú)幾。博格斯還是從一名同事那里了解到俄克拉荷馬州的這起雷暴的。這名同事告訴他，2018年5月14號(hào)那天，一位民間科學(xué)家用一臺(tái)低照度照相機(jī)拍下了一道巨大噴流。

　　巧合的是，這起事件的發(fā)生地附近剛好就有一套甚高頻閃電繪圖系統(tǒng)，并且在兩座新一代氣象雷達(dá)探測(cè)范圍以內(nèi)，還能被美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局地球靜止軌道環(huán)境業(yè)務(wù)衛(wèi)星（GOES）上的儀器檢測(cè)到。博格斯認(rèn)為這些系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)都用得上，于是與同事一起將它們收集過(guò)來(lái)、用于開(kāi)展分析。

　　“這些詳細(xì)數(shù)據(jù)顯示，那些溫度較低的流光的確是從云層頂端上方開(kāi)始擴(kuò)散的?！辈└袼菇忉尩?，“它們一直向上延伸到海拔80至96公里處的低層電離層，在云端和低層電離層之間建立起直接的電流連接?！?/span>

　　這種連接能夠在短短一秒內(nèi)傳輸成千上萬(wàn)安培的電流。向上的放電過(guò)程會(huì)將負(fù)電荷從云端轉(zhuǎn)移到電離層中，這也是巨大噴流的典型現(xiàn)象。

　　數(shù)據(jù)顯示，在云端向上放電的過(guò)程中，海拔22至45公里之間都探測(cè)到了甚高頻射電信號(hào)源，而閃電先導(dǎo)部分釋放的光學(xué)信號(hào)則一直停留在高度15至20公里的云端附近。同一時(shí)間獲取的3D射電與光學(xué)數(shù)據(jù)說(shuō)明，甚高頻閃電探測(cè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)到的信號(hào)來(lái)自流光電暈、而非先導(dǎo)通道，這一發(fā)現(xiàn)的影響已不僅限于巨大噴流，對(duì)整個(gè)閃電物理學(xué)的研究都具有重要意義。

　　巨大噴流為何會(huì)向太空中發(fā)射電荷呢？研究人員猜測(cè)，也許有什么東西阻擋了電荷向下運(yùn)動(dòng)、或向其它云團(tuán)運(yùn)動(dòng)。俄克拉荷馬州雷暴的數(shù)據(jù)記錄顯示，在巨大噴流形成前，此次暴風(fēng)雨幾乎沒(méi)有產(chǎn)生任何閃電活動(dòng)。

　　“不知出于什么原因，從云層到地面的放電過(guò)程總會(huì)受到抑制，”博格斯指出，“負(fù)電荷會(huì)越積越多，但風(fēng)暴頂部的條件可能使最頂端的電荷層（通常為正電荷）遭到削弱。如果不像我們通常見(jiàn)到的閃電那樣放電，巨大噴流也許就會(huì)在云層中將過(guò)多的負(fù)電荷釋放出去。”

　　目前關(guān)于巨大噴流還有許多未解之謎，因?yàn)槲覀冇^察到的巨大噴流可謂少之又少，能碰上純靠運(yùn)氣，有時(shí)會(huì)被飛機(jī)上的飛行員或乘客看見(jiàn)，有時(shí)則由地面上的觀測(cè)者用夜視照相機(jī)捕捉到。

　　據(jù)估計(jì)，巨大噴流的發(fā)生頻率從每年1千次到5萬(wàn)次不等，并且在熱帶地區(qū)的報(bào)告更多。不過(guò)，俄克拉荷馬州并非熱帶地區(qū)，此次巨大噴流的強(qiáng)度卻高達(dá)第二名的兩倍。

　　博格斯指出，巨大噴流可能會(huì)對(duì)近地軌道上衛(wèi)星的運(yùn)行產(chǎn)生一定影響。隨著越來(lái)越多的設(shè)備進(jìn)入太空，信號(hào)衰減和性能問(wèn)題可能會(huì)變得越加顯著。巨大噴流還可能影響到其它技術(shù)手段，比如超視距雷達(dá)，因?yàn)槠湫盘?hào)是經(jīng)由電離層進(jìn)行反射的。

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