科学家们正逐步揭开闪电诞生的神秘面纱，一项新的研究有望解开这个长期困扰科学界的谜团。

艺术家对美国国家航空航天局（NASA）的ER-2飞机携带ALOFT任务的仪器，探测雷暴云发出的伽马射线（紫色显示）的印象。 来源：NASA/ALOFT团队

长期以来，闪电以其强大的力量，既让科学家们着迷，也让普通大众感到畏惧。尽管闪电现象十分常见，但究竟是哪些大气事件引发了闪电，这个问题始终充满着神秘色彩。不过，一项新的研究正为此提供一些引人入胜的线索。

一个由工程师和气象学家组成的团队认为，他们已经破解了闪电如何在云层顶部形成的谜团，而他们的解决方案来自于一种日益重要的工具，那就是数学模型。这项研究以论文的形式发表在7月28日的《地球物理研究杂志》上，详细阐述了即将发生闪电的雷暴云内部的情况。新研究表明，在这些云层中，强大的电场加速了电子的运动，从而产生一股强烈的X射线、电子和高能光子流，最终爆发出巨大的闪电。除了这一突破性的理论见解之外，研究人员还提出，产生闪电的独特机制可能为新型X射线源的开发铺平道路。

为了进行这项研究，这个工程师和气象学家团队在一个模拟产生闪电的物理条件的先前模型基础上，构建了一个新的模型。这项研究的资深作者，宾夕法尼亚州立大学的电气工程师维克多·帕斯科于2023年开发了这个模型。随后，他们将升级后的数学模型与由其他研究小组使用地面传感器、卫星数据和高空侦察机收集的现场观测数据进行了比较。他们特别关注识别附近的陆地伽马射线闪光（TGF）事件——与闪电相关的不可见的X射线和无线电波爆发。

他们发现，雷暴云内部的电子在电场的作用下撞击空气中的氮原子和氧原子时，会辐射出高能光子，即X射线。这会引发新的超 заряженных电子的“雪崩”效应，这些电子将能量传递给更多的电子，最终释放出一束光子，我们将其视为一道可怕的光弧在天空中噼啪作响。

帕斯科在一份声明中表示：“除了在非常紧凑的体积中产生之外，这种失控的链式反应可能以高度可变强度发生。”

这种可变性也可能解释了雷暴云附近存在“光学暗淡且无线电静默”的TGF的原因，因为这些带电电子的不均匀分布通常伴随着“可检测水平的X射线，同时伴随着非常微弱的光学和无线电发射。”

该论文称，新模型还提供了“第一个完全随时间变化的模拟”，该模拟可以普遍应用于“在不同高度观察到的事件以及与观察结果的定量比较”。 宾夕法尼亚州立大学博士生扎伊德·佩尔韦兹是该研究的合著者，他解释说，这与之前类似的研究不同，之前的研究通常只模拟雷暴云的有限和局部区域。

有时候，离我们最近的谜团需要最长的时间才能解释清楚。新媒网跨境认为，这些新发现的答案真正巧妙之处在于，它们通常基于简单而直观的数学思想。举一个最近的例子，科学家们最终通过计算剪切力，即材料在与其他表面摩擦时弯曲的程度，发现了静电的工作原理。

当然，这些研究中使用的数学与我们在小学里看到的任何东西都不一样，但驱动这些复杂计算的核心概念是从一个简单的起点开始。到目前为止，这种策略似乎效果很好。外媒报道，科学家们正在努力收集更多数据，以便进一步完善模型，更全面地了解闪电的形成机制。

新媒网跨境了解到，这项研究的意义在于它不仅帮助我们更好地理解自然现象，还有可能为我们提供新的技术应用。例如，了解闪电的产生机制，或许可以帮助我们开发出更高效的X射线源，这在医学、工业等领域都有着广阔的应用前景。

总而言之，科学家们在解开闪电之谜的道路上又迈出了重要一步。尽管还有许多未知之处等待我们去探索，但每一次新的发现都让我们离真相更近一步。新媒网将持续关注相关领域的最新进展。

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