雷暴会产生大量的风、雨和闪电，但许多人可能没有意识到另一个常见的副产品：伽马射线。然而，通过NASA对一架老旧的U-2侦察机进行的创造性改造，研究人员终于能够对每天发生在地球上的这些微秒级放射性能量爆发进行直接分析。现在，其中一些最新发现已发布在10月3日《Nature》杂志的两篇新研究中——它们表明放射性风暴无处不在。
专家们在20世纪90年代意外地在雷暴中探测到了伽马射线，当时NASA的卫星原本是用来研究超新星和其他高能宇宙天体的，却在它们下方记录到了一些目标信号。从那时起，研究人员一直通过使用这些卫星和未专门校准用于闪电监测的设备来尽可能多地进行研究。
即便如此，产生辐射的机制也逐渐清晰：随着雷暴的发展，风吹送的水滴、冰雹和冰雹的混合物会产生类似于静电的电荷。带正电的离子随后会移到风暴顶部，而带负电的离子则向下移动，从而建立起一个专家们将其比作1亿节AA电池能量的电场。在这个新形成的电场中，包括电子在内的带电粒子会加速，速度之快常常足以将额外的电子从空气分子中撞击出来。这些相互作用随后会滚雪球般地发展，最终产生足够的能量，生成毫秒级的伽马射线、反物质和其他辐射粒子爆发。
这种伽马辐射非常普遍，以至于飞行员甚至曾目睹风暴云中发出微弱的光芒。尽管如此，未知因素似乎阻碍了它们产生爆炸性反应。
“曾有几次飞机考察活动试图弄清楚这些现象是否普遍存在，但结果好坏参半，在美国进行的几项考察活动根本没有发现任何伽马射线，”杜克大学工程学杰出教授、两项研究的合著者史蒂夫·卡默（Steve Cummer）周三在一份声明中说。
但在多年依赖权宜之计后，NASA最近为卡默及其同事提供了一架经过改装的U-2飞机，现在称之为ER-2高空航空科学飞机。这款冷战时期的侦察机能够爬升到72,000英尺的高度，以每小时475英里的速度飞行，非常适合跨越广阔的距离观测多场雷暴的伽马射线。一旦装备了合适的观测工具，卡默等专家就希望NASA的ER-2变种能够“一劳永. 决地解决这些问题”。
结果甚至让卡默和他的同事们感到惊讶。
“雷暴中发生的事情比我们想象的要多得多，”卡默解释说。“结果表明，几乎所有大型雷暴整天都在以多种不同形式产生伽马射线。”
在一个月的时间里，对南佛罗里达热带地区的风暴进行了10次飞行——其中9次都探测到了伽马射线的“闪烁”光辉，其动态性远超研究人员的预测。
“无论是在模式还是行为上，[它]都像是一个巨大的、伽马射线辉光的沸腾锅，”卑尔根大学物理学教授、研究合著者马蒂诺·马里萨尔迪（Martino Marisaldi）周三表示。
许多已确认的观测结果与30多年前NASA卫星首次看到的现象一致，几乎总是与活跃的闪电同时发生。这表明闪电很可能是通过超充电已经高能的电子来产生伽马射线的主要诱因。但其他记录也带来了全新的发现。
研究团队称，雷暴中至少会发生两种其他类型的短伽马射线爆发——一种持续时间不到千分之一秒，另一种则在约十分之一秒内形成约10次独立的爆发。对卡默来说，这些是最“有趣”的发现。
“它们似乎与正在发展的闪电无关。它们似乎是自发产生的，”他说，并补充说，一些数据显示，伽马射线爆发可能与导致闪电产生的某些雷暴过程有关。但目前，他说这些过程“对科学家来说仍然是个谜”。
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通过ER-2飞机在高空对充斥着伽马射线的风暴进行更多飞行，或许有一天能找到这些和其他未解风暴现象的答案。在那之前，卡默强调，没有人需要担心头顶上“沸腾的锅”里伽马射线的扩散。
“如果你发现自己身处[雷暴中]，辐射将是你最不担心的问题，”他说。
