暴風(fēng)雨尋求解碼巨大噴流的過程

2018年5月14日暴風(fēng)雨期間在俄克拉荷馬州上空形成了巨大噴流。

與其說是用鋸齒狀的閃電散布在地球上，不如說是為這場(chǎng)風(fēng)暴提供動(dòng)力的濃密云層將一道閃電向上噴出50英里，足以擦過電離層或太空的邊緣。這種猛烈的、逆向的電力爆發(fā)很快就會(huì)被列為自然界最神秘的大氣現(xiàn)象之一：一股巨大的噴流。

巨大的噴流只是沿著普通閃電發(fā)出的發(fā)光光束，但指向相反的方向。不過，它們比朝下的對(duì)應(yīng)物強(qiáng)得多，有時(shí)甚至威脅到漂浮在我們星球軌道上的太空飛行器或其他技術(shù)。而這一次的程度是難以置信的強(qiáng)烈。它被認(rèn)為是迄今為止研究過的同類中最強(qiáng)大的，攜帶了大約300庫(kù)侖的電荷，是典型閃電的100倍。

在過去的二十年里，科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了其中一些奇怪的力量，但其中許多目擊事件都來自于公眾的意外捕獲。

例如，一架從印度巴德拉克上空經(jīng)過的飛機(jī)拍攝到了一條紫色條紋，另一個(gè)是在中國(guó)石坑崆海拔1902米的山頂附近用夜間相機(jī)拍攝到的。2013年，美國(guó)宇航局在國(guó)際空間站上增加了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，以幫助更好地、更積極地觀察云頂上方的場(chǎng)景，以便我們能夠捕捉到巨大噴流的行動(dòng)。盡管如此，科學(xué)界仍然沒有很多為搜索而定制的觀測(cè)系統(tǒng)。

這就解釋了為什么俄克拉何馬州2018年的事件是偶然的。

碰巧，這一極端事件發(fā)生在該州的一系列相關(guān)科學(xué)儀器附近，比如衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和檢測(cè)所謂“極高頻信號(hào)”的閃電測(cè)繪系統(tǒng)。該地區(qū)的一位公民科學(xué)家甚至用弱光相機(jī)拍下了它。因此，根據(jù)所有這些線索，一組科學(xué)家收集了盡可能多的關(guān)于這架飛機(jī)的數(shù)據(jù)，試圖對(duì)四年前發(fā)生在俄克拉荷馬州天空中的事情進(jìn)行詳細(xì)描述。

Hung-Hsi Chang/NASA

佐治亞理工學(xué)院的研究科學(xué)家、8月3日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的一篇關(guān)于該結(jié)構(gòu)的論文的作者Levi Boggs在一份新聞稿中說：“我們能夠用真正高質(zhì)量的數(shù)據(jù)對(duì)這個(gè)巨大噴流進(jìn)行三維繪圖?！?/p>

這樣的三維結(jié)構(gòu)在尋求解碼巨大噴流的過程中非常重要，因?yàn)樗鼈儚脑茖又猩鹨馕吨鼈兘?jīng)常被遮擋在視野之外。Boggs說：“我們能夠看到云頂之上的非常高的頻率源，這在以前是沒有看到過的，而且是如此的詳細(xì)。而這些極高頻信號(hào)提供了一個(gè)關(guān)于巨大噴流的信息‘金礦’。”

基本上，從雷雨云中發(fā)出的閃電是由引線和流線的組合產(chǎn)生的。引線是電荷差異的結(jié)果，有助于形成閃電，而流線則是在這些發(fā)展中的閃電的最頂端。這些力量共同作用于傳播來自暴風(fēng)云內(nèi)部的電流，但引線通常構(gòu)成了放電的主體。

新研究的研究人員首先明確地看到，在俄克拉荷馬州的事件中，巨大噴流產(chǎn)生的引線和流線位于雷暴云的上方，而不是在它們通常被發(fā)現(xiàn)的底部。其次，“無線電和光學(xué)數(shù)據(jù)顯示了第一個(gè)明確的證據(jù)，即閃電網(wǎng)絡(luò)觀察到的VHF是由首領(lǐng)前面的流線產(chǎn)生的，”研究作者寫道。

Boggs解釋說：“這些冷流從云頂上方開始傳播。它們一直傳播到低電離層，高度為50-60英里，在云頂和低電離層之間形成直接的電氣連接。”

除此之外，研究小組還剖析了許多其他有趣的巨大噴流電荷動(dòng)態(tài)，甚至對(duì)這些奇怪的光束為什么會(huì)噴出的一個(gè)可能的解釋做出了定論?！安还苁鞘裁丛?，通常都會(huì)抑制云層到地面的放電，”Boggs說，“在沒有我們通常看到的閃電放電的情況下，巨大噴流可能緩解了云中多余的負(fù)電荷的積聚?！?/p>

換言之，一些雷暴云可能會(huì)把它們的負(fù)能量封閉起來——正如他們所說，這肯定會(huì)以某種方式出現(xiàn)。