http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2013-04-18
所谓“黑色”闪电的艺术示意图。图中粉色表示伽马射线，它和大气分子之间相互作用并产生电子和正电子(黄色和绿色)
新浪科技讯 北京时间4月15日消息，据美国福克斯新闻网报道，近期在维也纳举行的欧洲地球科学联盟会议上，科学家们指出需要发射更多的地球观测卫星，以便对一种被称为“黑色闪电”的神秘现象进行更加细致的观测。
人类的肉眼无法看到黑色闪电，这是一种非常罕见的自然现象，当其发生时会产生伽马射线辐射，导致在民航客机飞行高度上的乘员们遭受相当于数次胸片X射线照射或CT扫描的辐射剂量。不过研究人员也强调称这一现象并不会对飞行人员的安全构成明显的危险。美国佛罗里达科技大学的物理学家约瑟夫·杜威(Joseph Dwyer)表示：“了解到这种奇特的现象会在地球大气层深处发生，就像常见的雷电那样，让人感到惊讶。”
目前在轨运行且可以观测此类现象的卫星，其设计都并非是对准地球的；相反，这些卫星的眼睛都盯着宇宙深处的黑洞和其它辐射伽马射线的天体或现象，地球的位置正好就在卫星观测方向的身后。
这种情况让科学家们感觉需要研制一颗专用的对准地球的伽马射线观测卫星。意大利罗马大学和国家天体物理研究所的天体物理学家马可·塔瓦尼(Marco Tavani)表示：“这是一个重要事项，我们需要做进一步的研究。”
大气层中的伽马射线
“黑色”闪电是雷暴中的一种放电现象，会产生所谓的“地面伽玛射线闪”现象(TGF)。伽马射线是一种拥有极高能级的电磁波，其能级水平高于紫外线和X射线。这种现象一般发生在大气层中存在强电场的区域。
在电场中，电子被加速到接近光速的水平。此时这些电子和空气中的分子相互撞击产生伽马射线粒子。随后这些伽马射线衰变成电子和它的反粒子：正电子。这些粒子进一步与空气分子发生撞击，随之产生更多伽马射线。
20世纪90年代，科学界第一次观测到这种神秘的“地面伽玛射线闪”。不过在当时，研究人员们普遍认为其可能存在于大气高层，因而远离人们的居住区域。然而就在8年之后，一个研究组发现地球低层大气在发生闪电时也出现了伽马射线流。这一发现引起了人们的关注，他们担心这种现象是否会对民航班机的飞行构成影响。
塔瓦尼表示，在未来发射对准地球的伽马射线观测卫星之后，该系统应当与其它体系，如气象预报以及航班乘组系统之间实现联网，并将其作为一种预警措施确保航班的安全。科学家们关注的重点在于伽马射线如何产生中子，因为这将增加乘坐航班飞行人员的暴露风险。
塔瓦尼表示，足够强度的伽马射线会激发空气中氧原子和氮原子，甚至飞机机身上铝合金材料原子的原子核。这些原子核会很快衰变，这样的结果是在短暂的时间内会导致环境中中子浓度的上升。
塔瓦尼表示：“中子是有害的。”不过他也指出，事实上乘坐飞机旅行的人员本身由于高度的原因已经暴露在比地面强300倍左右的中子辐射环境下，这是高空环境的正常辐射水平，飞机制造商们在设计飞机时便已经考虑这一因素并加以防护。然而大气中产生的额外中子辐射则不在当初的设计考虑范围之内。
目前科学家们暂时调用意大利的AGILE卫星以及美国的费米伽马射线空间望远镜进行对地球大气中伽马射线现象的观测，这些探测器原本是设计用来丢宇宙深处的X射线和伽马射线现象进行研究的。现在，科学家们正在加紧设计专用的地球大气层伽马射线监测设备，不久之后就将被送往太空。这就是“大气-空间相互作用探测器”(ASIM)。这台设备预计将于2013~2014年期间由HTV货运飞船送往国际空间站上安装。这台设备由欧洲设计制造，其包括一套相机和伽马射线探测器，其将对地球大气中的极端雷暴现象，云层，大气以及水循环等现象进行详尽考察。(晨风)
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