雷暴的电效应不仅局限于高空大气。在接近地面的地方，地球大气层中充满了强烈的电场，这些电场加速了粒子，以某种方式抛出电子，迫使原子发出伽马射线。

在亚美尼亚的一座山顶上，科学家们仔细观察了这一神秘的气象现象。

在阿拉加特山的阿里汉扬国家科学实验室的宇宙射线设施里，物理学家阿肖特·奇林加里安和他的同事们一直在研究雷暴地面增强，简称TGEs。

奇林加里安说，这种电磁增强在雷暴研究中一直被忽视，但它可能是我们理解物理宇宙的一块拼图，从地球上的雷暴到穿越太空的宇宙射线。

他告诉我们：“每天都有4万场雷暴发生。许多探测大气放电的网络和配备精确光学仪器的卫星正在监测闪电。尽管如此，当我们开始TGE研究时，没有人监测到轰击我们星球及其上方空间的兆电子伏特（MeV）电子的巨大通量。”

“十年前，我们建立了SEVAN粒子探测器网络，以监测东欧、德国和亚美尼亚的TGEs。能量达几十兆电子伏的电子加速器覆盖了大气中的大量区域和地球表面上许多平方公里的区域。”

“这种巨大的通量伴随着地球上数十亿年的生命进化，肯定会影响地球空间和生物圈的各个方面。”

TGEs由雷暴在大气中产生的电场组成。在这些电场中，电子被加速到高速 —— 接近真空中的光速，或相对论速度。

这就是所谓的相对论性失控电子雪崩，在电场的推动下冲向地面，并向上进入大气层。正是这些电子产生了辐射。

当它们突然减速时，由于与大气中的原子核碰撞而发生偏转，能量的损失表现为伽马射线 —— 一种被称为轫致辐射的辐射形式。

利用他们的探测器网络，奇林加里安和他的同事收集了2023年欧洲各地雷暴的数据，对他们记录的56次强烈TGEs期间发生的电子和伽马辐射进行了详细测量。

最强烈的TGEs主要发生在5月至7月，斯洛伐克的Lomnický štít火山在5月记录了最强的TGEs。在这一次事件中，粒子通量是正常天气水平的100倍。总共有7个事件超过了晴天流量的75%以上。

“我们测量了地球表面的稳定电子通量，覆盖了10万平方米。一些机制提供了一分钟或更长时间的稳定性，”奇林加里安解释说。

“一个巨大的电子束出现在雷雨云中，在那里电荷结构在第二次尺度上发生变化。大气放电消除了电位差，但通量是稳定的。测量是令人兴奋的！”

令人惊讶的是，研究人员还发现，电场比他们预期的更接近地面。他们测量了距离地面50米（164英尺）的强电场强度。

“这一发现令气象学家感到震惊，直到我们提出详尽的证据，他们才相信这一点，”奇林加里安指出。

加速度的一致性，能够维持粒子通量长达几分钟，以及电场的低高度，揭示了关于大气电场结构的新细节，以及雷暴，我们以前不知道的。

例如，TGEs可能提供雷击到达地面的途径。它们在地球物理学中的作用有待研究。研究人员已经建立了一个开放访问的TGE数据库，供科学界探索和分析。

他们对雷暴的研究只是在阿拉加特进行的工作的一部分。今年，太阳在接近太阳活动高峰期时达到了疯狂的状态，日冕物质抛射为其提供动力，将粒子喷射到太空。

奇林加里安和他的同事们也用山顶设备探测到了太阳活动，发表了三篇论文，第四篇也即将发表。

奇林加里安表示：“我们银河系的剧烈爆炸也将超高能量粒子送入太阳系。最近发现了Pevatron，它是1015ev伽马射线的来源。我们根据我们对大气物理学的了解批判性地分析了这一发现。”

“大气、空间和太阳加速器的协同作用对理解自然很重要！”

研究结果将发表在《物理评论》上。

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