北京時間4月15日消息，據(jù)美國福克斯新聞網(wǎng)報道，近期在維也納舉行的歐洲地球科學(xué)聯(lián)盟會議上，科學(xué)家們指出需要發(fā)射更多的地球觀測衛(wèi)星，以便對一種被稱為“黑色閃電”的神秘現(xiàn)象進(jìn)行更加細(xì)致的觀測。
人類的肉眼無法看到黑色閃電，這是一種非常罕見的自然現(xiàn)象，當(dāng)其發(fā)生時會產(chǎn)生伽馬射線輻射，導(dǎo)致在民航客機飛行高度上的乘員們遭受相當(dāng)于數(shù)次胸片X射線照射或CT掃描的輻射劑量。不過研究人員也強調(diào)稱這一現(xiàn)象并不會對飛行人員的安全構(gòu)成明顯的危險。美國佛羅里達(dá)科技大學(xué)的物理學(xué)家約瑟夫·杜威(Joseph Dwyer)表示：“了解到這種奇特的現(xiàn)象會在地球大氣層深處發(fā)生，就像常見的雷電那樣，讓人感到驚訝。”
目前在軌運行且可以觀測此類現(xiàn)象的衛(wèi)星，其設(shè)計都并非是對準(zhǔn)地球的；相反，這些衛(wèi)星的眼睛都盯著宇宙深處的黑洞和其它輻射伽馬射線的天體或現(xiàn)象，地球的位置正好就在衛(wèi)星觀測方向的身后。
這種情況讓科學(xué)家們感覺需要研制一顆專用的對準(zhǔn)地球的伽馬射線觀測衛(wèi)星。意大利羅馬大學(xué)和國家天體物理研究所的天體物理學(xué)家馬可·塔瓦尼(Marco Tavani)表示：“這是一個重要事項，我們需要做進(jìn)一步的研究。”
大氣層中的伽馬射線
“黑色”閃電是雷暴中的一種放電現(xiàn)象，會產(chǎn)生所謂的“地面伽瑪射線閃”現(xiàn)象(TGF)。伽馬射線是一種擁有極高能級的電磁波，其能級水平高于紫外線和X射線。這種現(xiàn)象一般發(fā)生在大氣層中存在強電場的區(qū)域。
在電場中，電子被加速到接近光速的水平。此時這些電子和空氣中的分子相互撞擊產(chǎn)生伽馬射線粒子。隨后這些伽馬射線衰變成電子和它的反粒子：正電子。這些粒子進(jìn)一步與空氣分子發(fā)生撞擊，隨之產(chǎn)生更多伽馬射線。
20世紀(jì)90年代，科學(xué)界第一次觀測到這種神秘的“地面伽瑪射線閃”。不過在當(dāng)時，研究人員們普遍認(rèn)為其可能存在于大氣高層，因而遠(yuǎn)離人們的居住區(qū)域。然而就在8年之后，一個研究組發(fā)現(xiàn)地球低層大氣在發(fā)生閃電時也出現(xiàn)了伽馬射線流。這一發(fā)現(xiàn)引起了人們的關(guān)注，他們擔(dān)心這種現(xiàn)象是否會對民航班機的飛行構(gòu)成影響。
塔瓦尼表示，在未來發(fā)射對準(zhǔn)地球的伽馬射線觀測衛(wèi)星之后，該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)與其它體系，如氣象預(yù)報以及航班乘組系統(tǒng)之間實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，并將其作為一種預(yù)警措施確保航班的安全。科學(xué)家們關(guān)注的重點在于伽馬射線如何產(chǎn)生中子，因為這將增加乘坐航班飛行人員的暴露風(fēng)險。
塔瓦尼表示，足夠強度的伽馬射線會激發(fā)空氣中氧原子和氮原子，甚至飛機機身上鋁合金材料原子的原子核。這些原子核會很快衰變，這樣的結(jié)果是在短暫的時間內(nèi)會導(dǎo)致環(huán)境中中子濃度的上升。
塔瓦尼表示：“中子是有害的。”不過他也指出，事實上乘坐飛機旅行的人員本身由于高度的原因已經(jīng)暴露在比地面強300倍左右的中子輻射環(huán)境下，這是高空環(huán)境的正常輻射水平，飛機制造商們在設(shè)計飛機時便已經(jīng)考慮這一因素并加以防護(hù)。然而大氣中產(chǎn)生的額外中子輻射則不在當(dāng)初的設(shè)計考慮范圍之內(nèi)。
目前科學(xué)家們暫時調(diào)用意大利的AGILE衛(wèi)星以及美國的費米伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行對地球大氣中伽馬射線現(xiàn)象的觀測，這些探測器原本是設(shè)計用來丟宇宙深處的X射線和伽馬射線現(xiàn)象進(jìn)行研究的。現(xiàn)在，科學(xué)家們正在加緊設(shè)計專用的地球大氣層伽馬射線監(jiān)測設(shè)備，不久之后就將被送往太空。這就是“大氣-空間相互作用探測器”(ASIM)。這臺設(shè)備預(yù)計將于2013~2014年期間由HTV貨運飛船送往國際空間站上安裝。這臺設(shè)備由歐洲設(shè)計制造，其包括一套相機和伽馬射線探測器，其將對地球大氣中的極端雷暴現(xiàn)象，云層，大氣以及水循環(huán)等現(xiàn)象進(jìn)行詳盡考察。