科學家對美國俄克拉荷馬州的一次大規模雷暴開展了詳細的3D研究後，進一步了解了一種名為(wei) “巨大噴流”的獨特大氣現象。作為(wei) 目前為(wei) 止研究過的最為(wei) 強勁的巨大噴流，此次雷暴釋放的電荷高度達到了80公裏，且電荷數量多達普通閃電的100倍。

　　據估計，此次巨大噴流將大約300庫倫(lun) 的電荷從(cong) 雷暴轉移到了地球電離層中（太空的最底端）。而一般的閃電在雲(yun) 層或地麵之間、或者雲(yun) 層內(nei) 部攜帶的電荷還不到5庫倫(lun) 。向上的放電還包括溫度相對較低（約200攝氏度）的等離子體(ti) 流。不過，其中的“先導”部分溫度極高，超過4400攝氏度。

　　“我們(men) 利用高質量數據、繪製了此次巨大噴流的3D路線圖。”佐治亞(ya) 理工學院研究科學家、此次發表論文的通訊作者利瓦伊·博格斯表示，“我們(men) 也首次成功觀察到了雲(yun) 層上方的甚高頻源。利用衛星和雷達數據，我們(men) 找到了熾熱的放電先導部分在雲(yun) 層上方的具體(ti) 位置。”

　　博格斯與(yu) 多個(ge) 機構合作開展了此次研究，包括美國大學空間研究協會(hui) 、德州理工大學、新罕布什爾大學、西班牙加泰羅尼亞(ya) 理工大學、杜克大學、俄克拉荷馬大學、美國國家海洋和大氣管理局國家嚴(yan) 重風暴實驗室、以及洛斯阿拉莫斯國家實驗室。研究結果於(yu) 8月3日發表在了多學科開源期刊《科學進展》上。

　　杜克大學電氣與(yu) 計算機工程教授斯蒂夫·康莫則利用閃電釋放的電磁波研究了這一現象。在他管理的研究基地，若幹傳(chuan) 感器在空地上組合成類似傳(chuan) 統天線的序列，負責接收當地雷暴發出的信號。

　　“甚高頻及光學信號證實了研究人員之前的猜測：閃電發出的甚高頻射電信號來自正在形成的閃電尖端處的“流光”（streamers）結構，閃電中最強的一股電流緊接其後，沿著名為(wei) ‘先導’的導電通道流動。”

　　該論文的共同作者、大學空間研究協會(hui) 成員道格·馬赫指出，此次研究的獨特之處在於(yu) ，其確定了閃電發射光線的三維位置就位於(yu) 雲(yun) 層頂部上方。

　　“好幾個(ge) 係統都檢測到了此次巨大噴流，包括閃電繪圖陣列、以及兩(liang) 台地球同步光學閃電檢測儀(yi) ，這是一起絕無僅(jin) 有的事件，也為(wei) 我們(men) 提供了更多有關(guan) 巨大噴流的信息。”馬赫指出，“更重要的是，這大概是巨大噴流在雲(yun) 層以上的部分首次利用地球同步閃電繪圖儀(yi) 器組完成三維路徑繪製。”

　　過去20年間，科學家雖一直在對巨大噴流開展觀測和研究，但由於(yu) 缺少專(zhuan) 用的觀察係統，真正探測到的巨大噴流寥寥無幾。博格斯還是從(cong) 一名同事那裏了解到俄克拉荷馬州的這起雷暴的。這名同事告訴他，2018年5月14號那天，一位民間科學家用一台低照度照相機拍下了一道巨大噴流。

　　巧合的是，這起事件的發生地附近剛好就有一套甚高頻閃電繪圖係統，並且在兩(liang) 座新一代氣象雷達探測範圍以內(nei) ，還能被美國國家海洋和大氣管理局地球靜止軌道環境業(ye) 務衛星（GOES）上的儀(yi) 器檢測到。博格斯認為(wei) 這些係統收集的數據都用得上，於(yu) 是與(yu) 同事一起將它們(men) 收集過來、用於(yu) 開展分析。

　　“這些詳細數據顯示，那些溫度較低的流光的確是從(cong) 雲(yun) 層頂端上方開始擴散的。”博格斯解釋道，“它們(men) 一直向上延伸到海拔80至96公裏處的低層電離層，在雲(yun) 端和低層電離層之間建立起直接的電流連接。”

　　這種連接能夠在短短一秒內(nei) 傳(chuan) 輸成千上萬(wan) 安培的電流。向上的放電過程會(hui) 將負電荷從(cong) 雲(yun) 端轉移到電離層中，這也是巨大噴流的典型現象。

　　數據顯示，在雲(yun) 端向上放電的過程中，海拔22至45公裏之間都探測到了甚高頻射電信號源，而閃電先導部分釋放的光學信號則一直停留在高度15至20公裏的雲(yun) 端附近。同一時間獲取的3D射電與(yu) 光學數據說明，甚高頻閃電探測網絡監測到的信號來自流光電暈、而非先導通道，這一發現的影響已不僅(jin) 限於(yu) 巨大噴流，對整個(ge) 閃電物理學的研究都具有重要意義(yi) 。

　　巨大噴流為(wei) 何會(hui) 向太空中發射電荷呢？研究人員猜測，也許有什麽(me) 東(dong) 西阻擋了電荷向下運動、或向其它雲(yun) 團運動。俄克拉荷馬州雷暴的數據記錄顯示，在巨大噴流形成前，此次暴風雨幾乎沒有產(chan) 生任何閃電活動。

　　“不知出於(yu) 什麽(me) 原因，從(cong) 雲(yun) 層到地麵的放電過程總會(hui) 受到抑製，”博格斯指出，“負電荷會(hui) 越積越多，但風暴頂部的條件可能使最頂端的電荷層（通常為(wei) 正電荷）遭到削弱。如果不像我們(men) 通常見到的閃電那樣放電，巨大噴流也許就會(hui) 在雲(yun) 層中將過多的負電荷釋放出去。”

　　目前關(guan) 於(yu) 巨大噴流還有許多未解之謎，因為(wei) 我們(men) 觀察到的巨大噴流可謂少之又少，能碰上純靠運氣，有時會(hui) 被飛機上的飛行員或乘客看見，有時則由地麵上的觀測者用夜視照相機捕捉到。

　　據估計，巨大噴流的發生頻率從(cong) 每年1千次到5萬(wan) 次不等，並且在熱帶地區的報告更多。不過，俄克拉荷馬州並非熱帶地區，此次巨大噴流的強度卻高達第二名的兩(liang) 倍。

　　博格斯指出，巨大噴流可能會(hui) 對近地軌道上衛星的運行產(chan) 生一定影響。隨著越來越多的設備進入太空，信號衰減和性能問題可能會(hui) 變得越加顯著。巨大噴流還可能影響到其它技術手段，比如超視距雷達，因為(wei) 其信號是經由電離層進行反射的。

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