▲ 在望远镜阵列表面探测器（红色方块）上的闪电映射阵列（LMA）探测到的云对云闪电（圆圈）的动画。颜色代表时间——最早的LMA源是蓝色的，而最新的是红色的。整个事件大约需要十分之一秒的时间。
在美国犹他州西部的沙漠中，有着横跨纽约市区域大小的望远镜阵列，随时等待着宇宙射线。在2013年的数据中，物理学家发现了一个奇怪的粒子特征：光子就像由消防水龙头洒出的细雨一样洒落。该阵列出人意料地记录了一种极为罕见的现象——伽马射线，这是电磁光谱中最高能量的光波。它由雷击产生，并向下辐射到地球表面。5年后，犹他大学宇宙射线小组领导的一个国际团队比以往任何时候都更详细地观察到所谓的“向下伽马射线闪光”（TGFs）。
在2014年到2016年间，望远镜阵列探测到10次TGFs，这比世界其他地区探测到的总和还多。望远镜阵列闪电项目显示了TGFs在雷暴中产生的位置，是第一个在云对地闪电开始时探测到向下的TGFs的项目，同时也是目前为止唯一能够记录地面上完整的TGF“足迹”的设备。据其显示，伽马射线覆盖了直径为3—5公里的区域。
“真正有意思的是，望远镜阵列并不是用来探测这些的! 我们的实验设备要比其他的大100倍，所以我们的探测器响应时间要快得多，可以让我们用别人无法看到的方式来了解闪电。”高能天体物理研究所物理与天文系的研究员Rasha Abbasi说道。
这项研究发表在5月17日的《地球物理研究杂志》上。研究显示，在2008年至2013年之间发现的类似的高能粒子阵雨爆发与国家闪电探测网络记录的相关闪电活动之间存在很强的相关性。
“我们最终意识到，所有这些奇怪的事件都发生在天气不好的时候。所以，我们研究了国家闪电探测网络，并且发现，在雷击后一毫秒内我们会得到一个触发脉冲。”物理教授John Belz说道。
研究人员请来了新墨西哥理工大学朗缪尔实验室的闪电专家，帮助他们更详细地研究闪电。他们安装了一个由该小组开发的九站闪电地图阵列，该阵列能生成闪电在风暴中发出的辐射频率的3-D图像。2014年，他们在阵列的中心安装了一个额外的仪器，叫做“慢天线”，记录了闪电放电引起的风暴电荷的变化。
在此之前，TGFs主要是由卫星探测到的，很少或没有地面数据来表明它们是如何产生的。
1994年费米卫星记录了第一个TGF现象，物理学家认为只有剧烈的天体事件，如爆炸的恒星，才能产生伽马射线。逐渐地，科学家们确定这些射线是在闪电的最初几毫秒内产生的。自从发现这些向上的TGFs后，物理学家们一直在想，云对地闪电是否也能产生类似的TGFs，从而向下辐射到地球表面。
之前，只有6个向下的TGFs被记录下来，其中两个来自人工诱导的闪电实验。该阵列的观测结果首次表明，在闪电的初始击穿阶段，出现了向下的TGFs。
目前，研究人员还有很多问题没有得到解答。该研究小组希望能给望远镜阵列带来更多的传感器，以加强闪电测量。特别地，安装一个无线电静态探测“快速天线”将使物理学家能够看到在闪电开始时电场变化的亚结构。
“通过引入其他类型的雷击探测器和进一步努力，我相信我们可以为这个领域做出更多的贡献。”研究人员说道。
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编译：Coke 审稿：alone 编辑：张梦
来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180517102259.htm
