地球上的闪电可能源自外太空
模拟显示，雷电可能源于宇宙射线引发的电子雪崩。
人类仰望雷电已有千百年，但我们对它的真正起源，却始终只触及其闪光的一角。现在，一项最新模拟研究指出，地球上的闪电，可能并非仅仅起源于地面天气系统，而是由宇宙深处投来的高能粒子所点燃。
根据新研究，雷暴所需的能量，可能来自一种由宇宙射线引发的电子雪崩。研究人员通过模拟发现，雷电其实是一连串能量释放的结果，其起点远在我们大气层之外。这项研究成果于7月28日发表在《地球物理研究期刊：大气》上。
“这是首次对自然界中闪电如何启动给出精确且可量化的解释，”该研究的第一作者、宾夕法尼亚州立大学电气工程教授Victor Pasko在一份声明中表示，“我们将X射线、电场与电子雪崩的物理过程连接了起来。”
闪电的电性早在1752年就由Benjamin Franklin证实。他那次标志性的实验(虽然常被误解)是用一根绑有0.3米长金属丝的风筝，在另一端连着一把钥匙和一条麻绳。他手握丝带等待风暴来临。当风暴抵达，风筝感应到电场，麻绳因雨水变湿导电，一道小小的电火花便从钥匙跃向他的手指。
然而，即便有这个划时代的实验，气象飞机和气球采集的数据仍显示，要让电子流泻而下所需的电场强度，远远超过了我们在雷云中实际测得的值，大约是它的十倍。换句话说，我们的雷云似乎能放电，却没有足够的电。
这引发了两种关于闪电成因的竞争理论。
第一种观点认为，是雷云内部的静电摩擦起了作用。冰晶在剧烈翻腾中相互摩擦，将带负电的电子从原子中剥离出来，电子聚集在云底，逐渐激发大气中的粒子电离，从而释放大量电子，奔涌向地面，形成分叉的闪电路径。
而另一种更激进的理论则将目光投向宇宙。它认为，这一初始电离过程，其实是由宇宙射线触发的。这些射线主要由来自太阳、超新星爆炸、脉冲星等天体释放的高能质子组成。它们穿透太空，撞击地球高层大气，引发一连串失控的电子碰撞，最终形成一股奔向地面的电流瀑布。
此次新研究中，科学家整合了来自地面传感器、卫星和高空侦察机的庞大数据，再将这些数据输入数学模型，模拟雷电发生前云层内的实际情况。结果显示，模型完全支持宇宙射线触发的理论。
研究发现，当高速质子穿越大气电场时，它们会加速电子，撞击氮气和氧气分子，从而激发电子雪崩。这些雪崩不仅释放出大量高能光子，还足以引发完整的闪电放电过程。
更令人惊讶的是，模型还解释了为何在闪电击中前，会出现伽马射线和X射线等高能电磁波。
“在我们的模拟中，相对论级的电子雪崩产生的X射线，会通过光电效应在空气中释放新的种子电子，迅速放大雪崩效应。”Pasko解释道，“而这一连锁反应往往发生在极其微小的空间内，其强度变化剧烈。它们通常伴随可检测到的X射线，但可见光和无线电信号却极弱。这也解释了为何这些伽马射线常出现在光学上几乎无感、无线电上沉默的区域。”
换句话说，一场看似普通的雷暴，背后或许藏着来自星辰彼岸的粒子幽灵。那一道划破长空的闪电，并不只是云与地之间的对话，也可能是一场来自宇宙的低语——一场高能粒子在大气中写下的瞬时诗行。
