宇宙射線如何點燃閃電？新發現揭開雷電之謎

雷電究竟是如何產生的？這個問題一直困擾著科學家。最近，洛斯阿拉莫斯國家實驗室的物理學家利用新開發的3D對映和極化系統，觀察到一些閃電不僅始於正極快速放電，還緊接著出現更快、更廣泛的負極放電。令人驚訝的是，訊號極化與放電傳播方向呈傾斜狀態，且正負放電的極化方向相互旋轉，顯示這些初始快速放電並非單純由雷暴電場驅動。研究人員透過宇宙射線簇射的理論，成功解釋了這些看似奇特的現象。

科學家們利用名為BIMAP-3D的創新對映和極化系統，觀察到閃電的產生過程：首先是正極快速放電，隨後是更快的負極放電；訊號極化方向與放電傳播方向呈傾斜，且正負放電的極化方向相互旋轉。這些特徵只能歸因於宇宙射線簇射，它們預先為放電路徑創造了條件，並引導了放電電流的方向。

「科學家們至今仍未完全理解雷暴中的閃電是如何產生的，」該研究的主要作者邵宣民博士表示。「利用我們的3D射頻對映和極化技術，我們注意到閃電開始時的一個不尋常模式：除了正極快速放電外，閃電還緊接著出現更快的負極放電。」

一般來說，閃電的產生是因為雲層中正負電荷的分離，最終導致放電，也就是我們所看到的閃電。然而，這項研究發現，除了雷暴電場外，還有其他因素在閃電的產生過程中扮演了重要角色。

研究人員將這種現象歸因於宇宙射線簇射，這些來自太空的高能粒子進入地球大氣層後，會產生次級高能電子和正子，進一步電離空氣並在雷雲中創造出通道，使閃電能夠更快地傳播。

研究人員發現，這些高能電子和正子在地球磁場和雲層電場的作用下，被推向不同的方向，導致放電電流傾斜，即宇宙射線簇射路徑的極化方向傾斜。正子和電子在電磁場中偏轉的方向不同，這解釋了為什麼正負快速放電的行為會有所差異。

「這個概念也可以解釋僅涉及正極快速放電的常見情況，因此可以解釋大多數閃電的產生，」科學家們表示。

這項研究成果已於2025年3月3日發表在《地球物理研究期刊：大氣》上。

_____

邵宣民等. 2025. 3D射頻對映與極化觀測顯示閃電由宇宙射線簇射點燃. JGR大氣 130 (5): e2024JD042549; doi: 10.1029/2024JD042549