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高速太陽風會增加地球閃電發生頻率

CRedit: Walid Mahfoudh via Flickr

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英國雷丁大學(University of Reading)科學家Chris Scott等人研究發現:地球上的雷雨暴活動發生頻率會隨被高速太陽風加速(high-speed solar wind)的高能粒子流而增加,顯示地球上的閃電除了會被來自太空的宇宙線(cosmic ray)觸發而發生之外,也會被來自太陽的高能粒子觸發。

宇宙線是來自超新星爆發等處的高能帶電粒子,通常以接近光速的極高速度在太空中移動。太陽風是從太陽表面向太空發散的帶電粒子流,主要成分是質子和電子,一般速度約在每秒300~400公里左右;但有時會因冕洞或太陽表面發生爆發而使帶電粒子向太空運動的速度被加速而形成高速太陽風,此時的太陽風速可高達每秒700~800公里,偶爾甚至達每秒1000公里以上;日地空間中的粒子密度、溫度和速度都會隨太陽風而改變。

有趣的是,Scott等人研究英國在2000~2005年間的閃電資料,與美國航太總署(NASA)先進成分探測器(Advanced Composition Explorer,ACE)的太陽風觀測資料加以比對分析後發現:通常在高速太陽風抵達地球後的約40天內,地球上的閃電發生率從平均約321次增加到422次,閃電強度也明顯增加;其中以太陽風抵達後的12~18天這段期間的增加率最多。雖然目前尚不確定到底是什麼樣的物理機制造成這樣的改變,但無論宇宙線或太陽風粒子,都會被地球磁場大氣層阻擋並偏離行進方向,不會輕易進入大氣而抵達地面。

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當太陽的帶電粒子擊到地球大氣層,閃電就會增加。Credit: BBC news

然而,如果高速太陽風趕上之前發出的慢速太陽風,會使物質密度增加,伴隨的磁場強度也會增加,進而使得高能粒子獲取更高的能量而得以穿透地球大氣與磁場,抵達大氣高空中的成雲區;當這些帶電粒子撞擊大氣時,會造成地球空氣的電性被稍微改變,導致閃電更容易被觸發。

這項研究可能對氣象預報有幫助,因為畢竟太陽風粒子流會隨太陽約27天自轉週期而轉動,使太陽風會以規律的時間間隔掃過地球,加速進入地球大氣的粒子。而且以目前的科技而言,太空船和太空望遠鏡可以追蹤這些帶電粒子流,可以在數週之前就提供可能發生災害天氣事件的長期預報資料,將太空天氣和地面天氣預報相互結合,提供更完整而準確的預報訊息,期望能將現在每年平均約24,000人遭受雷擊的受災人數盡可能降低。

資料來源:

本文轉載自網路天文館


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