闪电是一种独特而迷人的现象，已经被研究了几个世纪。虽然人类现在对这种自然发生的奇观有了更好的理解，但许多秘密还没有被揭开。几十年来，科学家一直意识到闪电会伴随着伽马射线闪光，这是一种电磁辐射。这些闪光可以是向下的(即指向地面)或向上的(即向上指向空间)。过去大多数研究都观察到了这些来自太空的闪光，因此主要集中在向上的伽马射线闪光上。在一项有趣的新研究中，东京大学研究团队首次研究了雷暴期间发生的向下伽马射线发射。
在发表在《物理评论快报》期刊上的研究证实：朝下的闪光和向上闪光是一样的，并且对地球上的人没有伤害。自20世纪90年代以来，被称为地面伽马射线闪光(TGFs)的强烈伽马射线发射一直被与闪电放电相一致的在轨卫星观测到。
虽然伽马射线通常是从雷暴直接进入太空，但其中一些被称为向下的伽马射线闪光会到达地面。然而，由于向下的地面伽马射线闪光发生在离伽玛射线探测器更近的地方并使其饱和，所以很难测量它们在地面上的伽马射线通量。
在新研究研究中，研究了发生在雷暴期间发生的伽马射线闪光。在那一天，柏崎-加里瓦核电站安装在海平面上的辐射探测器检测到了强烈伽马射线爆发，这与一次强大的闪电放电不谋而合。通过研究这些探测器收集的数据，收集了第一批与闪电相关伽马射线闪光指向地面的观测结果。研究使用了两种类型的辐射探测器，一种具有更好的定时分辨率和对伽马射线的高敏感性，但很容易被向下伽马射线闪光的高通量饱和，它用于确认向下的TGFs的出现。
另一种是气体剂量计，这些仪器的定时分辨率比前者低，但承受的γ射线率要高得多。值得注意的是，本研究的科学家是第一个成功测量向下伽马射线闪光地面辐射剂量的人。此外，通过使用多个气体剂量计测量射线，在多个观测点获得了高质量的数据。同时确定创建的蒙特卡罗模拟准确性，这与高质量的数据相当。这最终让科学家发现了向下伽马射线闪光的关键物理特征，包括在雷雨云中的起源。伽马射线闪光被认为是来自在闪电中加速的高能电子。
然而，地球上密集的大气层阻碍了电子获得相对论能量。对向下伽马射线闪光的观测将在寻找这个问题答案方面发挥重要作用，因为它们可以被多个更近的地面仪器观测到。科学家收集的观察结果具有许多有趣含义。首先，研究证实了向下伽马射线闪光与之前从太空观察到向上的伽马射线闪光本质上是相同的现象。研究结果还表明，对于正在发生雷暴地区地面上的人来说，伽马射线闪光是安全的。另一方面，伽马射线闪光起源于云中的位置可能不是很安全。
除了拓宽对雷暴期间发生伽马射线爆发的理解之外，这组研究还揭示了通常用于在雷暴期间收集数据探测器的一些局限性。这可以为开发改进检测的新工具提供信息，最终促使使用辐射监测器收集更高质量的数据。研究小组现在正在建立一个新的辐射监测网络，这个网络将为科学家提供更多的闪电高能事件，类似于这一事件。还与公民支持者合作，用便携式辐射探测器覆盖更广泛的区域，研究人员表示：非常兴奋地通过的公民支持和开放科学方法揭示闪电的奥秘。
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参考期刊《物理评论快报》
DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.061103
