地球高层大气一旦发生雷暴，会怎么样？

地球高层大气中的雷暴仍是一个谜，科学家不能用仪器直接接触到它们，对于气球来说太高了，对于气象卫星来说太低了，在暴风雨中飞行或在山顶上露营等都是典型的探险者的遗愿清单。国际空间站的一项调查已经展开，欧洲空间局(ESA)大气-空间相互作用监测(ASIM)是一组光学照相机、光度计和一个大型X-和伽马射线探测器，安装在空间站上的ESA的哥伦布模块的外面。在至少两年的时间里，它将观测到高空大气层中的雷暴产生的放电——平流层和中间层——直到电离层，即太空边缘。

雷暴产生的高空大气现象，包括地面伽玛射线闪光和瞬时发光气体(TLEs)，包括在雷暴的顶部，蓝色的喷射，巨大的喷射，红色的雪碧，光环，和精灵。图片：DTU Space, TGF: NASA

这个地球观测设施可以研究严重雷暴及其在地球大气和气候中的作用。上层大气的闪电，被称为瞬变发光事件，包括由一个童话故事直接命名多彩的现象：精灵。由于几个原因，空间站提供了一个理想的观测平台，低地球轨道使观测尽可能接近这些上层大气现象。该空间站的轨道也几乎覆盖了热带和亚热带地区，大部分地区很难进入，但也有一些最强烈的雷暴形式。最后观测是在光学波段进行的，这些波段受到大气的吸收，因此不能用于地面观测。

精灵是由中圈电击穿引起的闪光。蓝色喷流是在平流层向上通过的闪电放电，电离层底部的电磁脉冲所引起的同心圆，还有巨大的排放物，从雷暴的顶部到电离层，造成大气的电击穿。地面伽玛射线闪光是在雷暴顶部产生的闪光现象。证据表明逃逸的电子放电会导致这些现象。20世纪20年代英国科学家C.T.R.威尔逊获得了诺贝尔奖，他的一个云室可以看到宇宙射线和x射线的电离辐射。他预测在中圈的雷暴中，电的放电会发生，雷暴的电场可以加速电子到相对论的能量。然而直到1993年，在美国宇航局的康普顿伽马射线天文台观测到雷暴的x射线时，仪器才能够给出一个明确的答案。

从空间站看到的雷暴，图片：DTU Space, ESA, NASA

1990年第一次观测到的雪铁石被记录下来，从那以后地面和飞机的观测发现了大量的在雷暴之上的放电，在低轨道的宇宙飞船观察到X射线和伽马射线辐射。ASIM代表了对这些超高海拔、难以观测的地面事件的全面的全球调查，以帮助确定物理和与闪电的关系。还研究了高空云层的形成，并确定了什么特征使雷暴有效地干扰了高空大气。这项研究提高了人们对雷暴对地球大气影响的认识，并有助于更好的大气模型和气象和气候预测。丹麦技术大学国家空间研究所的首席研究员Torsten Neubert说：高空观测可以让我们在不遮蔽云层的情况下研究这些事件。

有了ASIM就能更好地理解高空闪电的复杂过程，它也是普通闪电的元素，尽管它们有不同的形式，这种理解可以提高探测普通闪电的技术。研究还有助于澄清雷暴对大气、电离层和辐射带的影响，并将监测地球环境中流星的流入及其对大气层的影响。例如雷暴云层顶部的蓝色喷流改变了温室气体的浓度，另一种方式是雷暴会影响平流层。排放物的种类及其结构有助于科学家更好地了解它们所处的大气结构以及为它们提供动力的雷暴源。将会更多地了解雷暴云层，更多地了解平流层和中间层的精细结构，其中很少有人知道

从空间站看到蓝色喷流达到30公里，上升到平流层。图片：DTU Space, ESA, NASA

根据欧洲航天局(ESA)宇航员安德烈亚斯·莫根森(Andreas Mogensen) 2015年在空间站拍摄的视频，科学家们已经了解了更多的云类型是如何产生这种活动的，而闪电来自于约10.5英里(17公里)的高空云层。这是第一次证明雷云的顶部有多活跃，这是可靠的科学结果。ASIM的观测还有助于了解沙尘暴、城市污染物、森林火灾和火山喷发对云层形成和电气化的影响，以及眼墙闪电活动与雷暴强化的关系，这可以帮助我们以后的生活更幸福。

博科园-科学科普｜来自：NASA