20世纪90年代，美国国家航空航天局(NASA)用来探测来自超新星和其他天体的高能粒子的卫星，意外地发现了来自地球的高能伽马射线爆发。

　　虽然研究人员没有花很长时间就确定这些高能伽马射线来自雷暴，但这种现象发生的频率仍然是个谜。人造卫星并不是为了寻找来自地球的伽马辐射而建造的，它们必须在正确的时间、正确的地点才能做到这一点。

　　多年来，科学家们一直在用不太理想的平台进行观测，终于有机会驾驶美国宇航局(NASA)拥有的U2间谍飞机进行改装，飞越风暴，进行适当的观测。在发表在《自然》杂志上的两篇新论文中，研究小组发现，雷暴中产生的伽马辐射比任何人想象的都要普遍得多，产生这种辐射的动力学是一个有待解决的谜团宝库。

　　杜克大学(Duke University)威廉·h·杨格(William H. Younger)杰出工程教授史蒂夫·卡默(Steve Cummer)是这两篇论文的合著者，他说，“雷暴中发生的事情比我们想象的要多得多。”“事实证明，基本上所有的大雷暴全天都会以多种不同的形式产生伽马射线。”

　　雷暴如何产生高能伽马射线的一般物理原理并不是一个谜。随着雷暴的发展，旋转的气流将水滴、冰雹和冰混合在一起，产生电荷，就像在衬衫上摩擦气球一样。

　　带正电荷的粒子最终到达风暴的顶部，而带负电荷的粒子则下降到底部，形成一个巨大的电场，其强度相当于1亿个AA电池端对端堆叠起来。

　　当其他带电粒子(如电子)发现自己处于如此强的场中时，它们就会加速。如果它们加速到足够高的速度，碰巧撞上空气分子，它们就会产生更多的高能电子。这一过程不断发生，直到碰撞有足够的能量产生核反应，产生极其强烈和极快的伽马射线、反物质和其他形式的辐射。

　　但这并不是雷暴伽马辐射故事的结束。在雷暴附近飞行的飞机也看到了来自云层的微弱伽马射线。这些风暴似乎有足够的能量产生低水平的伽马辐射，但有些东西阻止了它产生像爆裂的玉米粒那样的爆炸性爆炸。

　　卡默说:“一些飞机试图弄清楚这些现象是否普遍，但结果好坏参半，美国上空的几次飞行根本没有发现任何伽马辐射。”“这个项目旨在一劳永逸地解决这些问题。”

　　该研究小组获得了NASA ER-2高空机载科学飞机的使用。它是冷战时期遗留下来的U2间谍飞机的改装版，飞行高度是商用飞机的两倍，在大多数雷暴上空约3英里。它的速度也非常快，让研究小组有机会选择他们认为最有可能产生结果的雷暴。

　　“ER-2飞机将成为雷雨云伽马射线的终极观测平台，”挪威卑尔根大学空间物理学教授、该项目的首席研究员尼古拉?stgaard说。“在20公里(12.4英里)的高空飞行，我们可以直接飞越云顶，尽可能接近伽马射线源。”

　　因为ER-2是完美的解决方案，研究小组将飞越正确的风暴，研究人员认为，如果这些现象很罕见，那么他们几乎看不到任何现象。但如果它们很常见，那么它们就会看到很多。

　　他们看到了很多。

　　在一个月的时间里，ER-2在佛罗里达州南部热带地区的大风暴上空飞行了10次，其中9次对今年夏天的伽马辐射进行了观测，这也比预期的更加动态。

　　伯根大学物理学和技术教授Martino Marisaldi说:“伽马发光雷云的动力学与以前的准静止发光图像截然相反，在模式和行为上都类似于一个巨大的伽马发光沸腾锅。”

　　考虑到热带地区典型雷暴的大小比其他纬度地区的风暴大得多，这表明热带地区一半以上的雷暴都是放射性的。研究人员推测，这种低水平的伽马辐射的产生就像蒸汽从一壶水中沸腾一样，限制了内部可以积累的能量。

　　同样令研究人员兴奋的是，他们看到了许多来自同一雷暴的短时间和强烈的伽马射线爆发的例子。其中一些与美国宇航局卫星最初探测到的完全一样。这些几乎总是与活跃的闪电放电同时发生。

　　这表明，闪电产生的大电场很可能对已经很高的电子进行了增压，使它们能够产生高能量的核反应。

　　但至少还有两种其他类型的短伽马射线爆发是以前从未见过的。其中一种非常短，不到千分之一秒，而另一种则是大约10个单独爆发的序列，在大约十分之一秒的时间内重复。

　　“这两种新形式的伽马射线是我最感兴趣的，”Cummer说。“它们似乎与闪电的产生无关。它们以某种方式自发出现。数据中有迹象表明，它们实际上可能与引发闪电的过程有关，这对科学家来说仍然是个谜。”

　　卡默补充说，如果有人担心被所有这些伽马辐射变成绿巨人，他们不应该担心。只有当一个人或物体非常接近辐射源时，产生的辐射量才会有危险。

　　“如果你发现自己在那里，辐射将是你最不关心的问题。由于极端的湍流和风，飞机避免在活跃的雷暴中心飞行，”卡默说。“即使知道了我们现在所知道的，我也不会比以前更担心飞行。”