地球高層大氣一旦發生雷暴，會怎麼樣？

原標題：地球高層大氣一旦發生雷暴，會怎麼樣？

地球高層大氣中的雷暴仍是一個謎，科學家不能用儀器直接接觸到它們，對於氣球來說太高了，對於氣象衛星來說太低了，在暴風雨中飛行或在山頂上露營等都是典型的探險者的遺願清單。國際空間站的一項調查已經展開，歐洲空間局(ESA)大氣-空間相互作用監測(ASIM)是一組光學照相機、光度計和一個大型X-和伽馬射線探測器，安裝在空間站上的ESA的哥倫布模塊的外面。在至少兩年的時間裡，它將觀測到高空大氣層中的雷暴產生的放電——平流層和中間層——直到電離層，即太空邊緣。

雷暴產生的高空大氣現象，包括地面伽瑪射線閃光和瞬時發光氣體(TLEs)，包括在雷暴的頂部，藍色的噴射，巨大的噴射，紅色的雪碧，光環，和精靈。圖片：DTU Space, TGF: NASA

這個地球觀測設施可以研究嚴重雷暴及其在地球大氣和氣候中的作用。上層大氣的閃電，被稱為瞬變發光事件，包括由一個童話故事直接命名多彩的現象：精靈。由於幾個原因，空間站提供了一個理想的觀測平台，低地球軌道使觀測儘可能接近這些上層大氣現象。該空間站的軌道也幾乎覆蓋了熱帶和亞熱帶地區，大部分地區很難進入，但也有一些最強烈的雷暴形式。最後觀測是在光學波段進行的，這些波段受到大氣的吸收，因此不能用於地面觀測。

精靈是由中圈電擊穿引起的閃光。藍色噴流是在平流層向上通過的閃電放電，電離層底部的電磁脈衝所引起的同心圓，還有巨大的排放物，從雷暴的頂部到電離層，造成大氣的電擊穿。地面伽瑪射線閃光是在雷暴頂部產生的閃光現象。證據表明逃逸的電子放電會導致這些現象。20世紀20年代英國科學家C.T.R.威爾遜獲得了諾貝爾獎，他的一個雲室可以看到宇宙射線和x射線的電離輻射。他預測在中圈的雷暴中，電的放電會發生，雷暴的電場可以加速電子到相對論的能量。然而直到1993年，在美國宇航局的康普頓伽馬射線天文台觀測到雷暴的x射線時，儀器才能夠給出一個明確的答案。

從空間站看到的雷暴，圖片：DTU Space, ESA, NASA

1990年第一次觀測到的雪鐵石被記錄下來，從那以後地面和飛機的觀測發現了大量的在雷暴之上的放電，在低軌道的宇宙飛船觀察到X射線和伽馬射線輻射。ASIM代表了對這些超高海拔、難以觀測的地面事件的全面的全球調查，以幫助確定物理和與閃電的關係。還研究了高空雲層的形成，並確定了什麼特徵使雷暴有效地干擾了高空大氣。這項研究提高了人們對雷暴對地球大氣影響的認識，並有助於更好的大氣模型和氣象和氣候預測。丹麥技術大學國家空間研究所的首席研究員Torsten Neubert說：高空觀測可以讓我們在不遮蔽雲層的情況下研究這些事件。

有了ASIM就能更好地理解高空閃電的複雜過程，它也是普通閃電的元素，儘管它們有不同的形式，這種理解可以提高探測普通閃電的技術。研究還有助於澄清雷暴對大氣、電離層和輻射帶的影響，並將監測地球環境中流星的流入及其對大氣層的影響。例如雷暴雲層頂部的藍色噴流改變了溫室氣體的濃度，另一種方式是雷暴會影響平流層。排放物的種類及其結構有助於科學家更好地了解它們所處的大氣結構以及為它們提供動力的雷暴源。將會更多地了解雷暴雲層，更多地了解平流層和中間層的精細結構，其中很少有人知道

從空間站看到藍色噴流達到30公里，上升到平流層。圖片：DTU Space, ESA, NASA

根據歐洲航天局(ESA)宇航員安德烈亞斯·莫根森(Andreas Mogensen) 2015年在空間站拍攝的視頻，科學家們已經了解了更多的雲類型是如何產生這種活動的，而閃電來自於約10.5英里(17公里)的高空雲層。這是第一次證明雷雲的頂部有多活躍，這是可靠的科學結果。ASIM的觀測還有助於了解沙塵暴、城市污染物、森林火災和火山噴發對雲層形成和電氣化的影響，以及眼牆閃電活動與雷暴強化的關係，這可以幫助我們以後的生活更幸福。

博科園-科學科普｜來自：NASA

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