而是反常地由地面射向高空的电离层,火星上的闪电现象微弱且罕见

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而是反常地由地面射向高空的电离层,火星上的闪电现象微弱且罕见

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简介

库莫介绍说:“尽管光线较弱,但由于是满月,我们及时拍摄到了。当时那一瞬间大约只有1秒钟,不过我们同时进行了磁场测量。结果显示,这次闪电向电离层放射了大量电荷,放电量约为1000到2000库仑。”

随着研究的推进,人们对云、雨、电在雷暴云中交织的众多科学问题,正在逐步获得较为透彻的理解和认识,将雷电活动与雷暴天气系统不同参量之间的定量关系(包括动力学参量,如水平、垂直方向上的风向、风速及其变化;微物理参量,如冰、雪、雹、过冷水、雨滴等的生消演变和分布状态;降水量等),应用于数值模式中,既可以对强对流、雷暴天气进行预警,也可以对雷电的发生潜势等进行预报,从而提高对雷暴灾害天气的防御能力。

并且,这些非热辐射的光谱,在火星舒曼共振的最低三种模式的预测值附近,有显着的峰值。SR由火星表面与其电离层之间的同心球腔中形成的电磁驻波引起,并由大规模放电强迫。因此,非热辐射可能是由火星尘暴中的放电所引起的结果。这些调查以及科学小组在过去进行的实验室和现场实验的结果,都推动了观察结果。

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北卡罗来纳州杜克大学的史蒂芬·库莫和同事近日在观测闪电时,碰上了这次“反向”闪电,幸运地是他们还抓拍下这一罕见现象。

美国科学家日前在北卡罗来纳州抢拍到一次非同寻常的闪电。这次闪电没有击中地表的建筑和森林,而是反常地由地面射向高空的电离层。闪电异常迅速,眨眼间便垂直射向75公里的高空。

雷暴是什么?

在我们生活的地球上,闪电是很常见的自然现象之一,尤其是在炎热的夏季。那么,你对闪电的形成原理又知道多少呢?很多人有所不知,哪怕是来自太阳的紫外线辐射、深空的宇宙射线,都可以产生闪电所需要的电荷。但是,若将这样的机制置于火星上,那么可能就不足以让闪电产生。为什么火星上的闪电比地球上的闪电更微弱、且更加罕见?

火星的气氛比地球的大约薄100倍,平均温度约为零下60摄氏度,因为,火星的稀薄大气层与太阳的距离更远,这便意味着火星比地球更冷。灰尘也是火星大气中的永久性部分,尤其在北方的秋季和冬季含量较高,北方春季和夏季相对含量较低,巨大的尘埃常常将“氧化铁尘“覆盖在火星表面。

反向闪电。这种闪电释放的电能比普通闪电要大得多,这种闪电又被称为“大喷气式飞机”。

美国科学家日前抓拍下一次非常罕见的反向闪电

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科学家使用探测器通过测量其电场强度的高阶矩,来区分热和非热源的辐射,并得到了火星尘暴发射“非热微波辐射”的证据。在深空网络的34米射电望远镜中,安装了探测器进行测量,每天大约进行5小时。只有当一个35公里深的火星尘暴在射电望远镜视场内时,科学家们检测到几小时的一些非热辐射。

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这种闪电与通常见到的闪电类似,但又是两种完全不同的自然现象。库莫已经将这一发现撰文发表在最新的《自然-地理科学》杂志上。

库莫已经将这一发现撰文发表在最新的《自然—地球科学》(Nature
Geoscience
)杂志上。

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火星上的闪电现象微弱且罕见

与大多数常见的闪电不同,它没有劈向大地,而是从雷暴云上部射向高空的电离层。这一闪电威力巨大,释放出高能电荷,迅疾射向75公里的高空。由于这种罕见的闪电,稍纵即逝,因此杜克大学的科学家抓拍下的这张“反向”闪电照片可谓弥足珍贵。美国科学家日前抓拍下一次非常罕见的闪电,与大多数常见的闪电不同,这次闪电没有劈向大地,而是从雷暴云上部射向高空的电离层。这一闪电威力巨大,释放出高能电荷,迅疾射向75公里的高空。

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下:典型雷暴云内的电荷分布(图片来源:美国亚利桑那大学网络课件,

2006年,科学家们发现了火星上沙尘暴中的微波辐射;2009年,发现了火星存在闪电的第一个证据;科学家们通过一项新的研究,又有了新的发现:因为火星这个红色星球的空气稀薄,所以,倘若闪电存在于火星之上,那么它也不可能像地球上的闪电那样充满活力,并且,还会表现的更加微弱且足够罕见。

虽然,科学家们通过欧洲火星快车航天器收集了长达五年的庞大数据,并且,加利福尼亚的艾伦望远镜阵列也收集了三个月的数据,但是,在之后的研究中,尚不能在火星沙尘暴中找到闪电的无线电证据。

库莫教授介绍说,从测量结果看,普通闪电的放电量和“大喷气飞机”是可比的,不过“大喷气飞机”的速度和作用的距离比普通闪电要大许多。这是因为,从雷暴云上部至高空的电离层空气稀薄,闪电遇到的阻力要小许多。“大喷气飞机”通常在雷雨天气出现,可以射向90公里远的高空。

美国北卡罗来纳州杜克大学的史蒂芬:库莫和同事近日在观测闪电时,捕捉到了这次罕见的闪电,并即时进行了拍摄。

此外,学界对雷暴起电还提出过其他假说,例如如粒子的破碎、冻结、融化起电机制,以及与晴天大气电场中自由电荷有关的离子扩散、离子捕获机制等。

于是,为了研究雷电在火星上罕见的原因,科学家们开始专注于研究沙尘暴可能产生的那种闪电。因为,在这些风暴中的沙粒和其他颗粒,都可以通过“摩擦电效应”而产生电荷,这与那些日常静电背后的效果相同。当两个物体反复碰撞、或是相互摩擦的时候,其中一种材料的表面可以从另一物体的表面,通过窃取电子而累积电荷。

火星沙尘暴发出的非热微波辐射

抓拍

罕见闪电由地面射向75公里高空

雷暴天气很“暴躁”,但也有益

为什么专注于研究沙尘暴能产生的闪电

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