NASA多用途飛機ER-2在高空飛行探尋雷雲之謎
參與ALOFT 項目(飛眼模擬器和地面伽馬射線機載閃電觀測站)的科學家們一直在使用ER-2 在中美洲、加勒比海和佛羅里達海岸上空飛行,這些地方是每年這個時候雷暴活動的熱點地區。研究小組希望能從雷雲的正上方收集到詳細的數據,從而推動對雷暴高能輻射發射的研究。
這次實地考察活動包括來自挪威伯克蘭大學、美國宇航局馬歇爾太空飛行中心和戈達德太空飛行中心、桑迪亞國家實驗室和美國海軍研究實驗室的儀器和研究人員。
“這是一次深入研究我們頭頂上方巨大電場的微觀物理學的任務,”來自伯克蘭大學的首席研究員尼古拉-奧斯特加德說。”我們的目標是了解TGF(即陸地伽馬射線閃光)是如何以及在什麼條件下產生的。我們還希望了解雷雲中伽馬射線閃光的行為”。
美國國家航空航天局運營著兩架洛克希德ER-2 地球資源飛機,作為該局科學任務局機載科學計劃的飛行實驗室。這兩架飛機位於加利福尼亞州帕姆代爾的美國宇航局阿姆斯特朗飛行研究中心,收集有關地球資源、天體觀測、大氣化學和動力學以及海洋過程的信息。這些飛機還用於電子傳感器研發、衛星校準和衛星數據驗證。資料來源:美國國家航空航天局
這些輝光和閃光的科學依據可以比作電池:雷云因潮濕空氣和冷空氣晶體之間的電摩擦而帶電,這種能量通過閃電放電。這些放電減少了雷雲內部能量極高的光子–伽馬射線–的發光。暴風雲還會產生伽馬射線閃光,這種閃光是持續幾十到幾百微秒的短暫光爆,比伽馬射線發光還要強烈。
奧斯特加德說:”如果你經過一個發出伽馬射線的雷雲,這意味著雲內的電場非常大。ALOFT 科學小組正在通過檢查這種光芒來觀測雷雲的伽馬射線活動。”
NASA 飛行員駕駛ER-2 號飛機盡可能安全地靠近雷雲,用飛機上安裝的儀器收集數據。這些儀器使用閃爍體(或晶體)測量伽馬射線的亮度(以每微秒光子數表示),閃爍體在受到伽馬射線照射時會產生光脈衝。光電倍增管將這些光脈沖轉換成表示電荷的電脈衝。地面上的ALOFT 團隊會實時接收這些數據,如果他們檢測到飛機正飛近帶電雷雲,就會指示飛行員繞圈飛行,並儘可能長時間地飛越該區域。
ER-2 是一種多用途飛機,非常適合執行多種任務。它的飛行高度為20,000 英尺至70,000 英尺,高於地球大氣層的99%。飛機有四個大型加壓實驗艙和一個大容量交流/直流電系統,可在一次任務中攜帶多種有效載荷。飛機的模塊化設計允許快速安裝或拆除有效載荷,以滿足不斷變化的任務要求。資料來源:美國國家航空航天局/卡拉-托馬斯
除閃電儀器外,NASA 還提供降水和雲雷達以及微波輻射計的額外測量。這些附加儀器能夠測量風暴的結構和微物理特性,從而進一步了解電場背後的機制。
Ostgaard 說:”我們的儀器具有極高的時間分辨率,因此我們可以看到每微秒或百萬分之一毫秒閃電的一個光子。”
Ostgaard 對這些數據將揭示有關閃電和我們頭頂電場的新見解感到非常興奮。他說:”這將為我們了解閃電打開一扇大門,因為我們並不真正了解這些伽馬射線閃爍和發光與雷雲和閃電的關係。收集到的信息還將幫助科學家和工程師評估下一代天基閃電繪圖儀的新設計理念。”