大型雷暴整天都在放伽瑪射線：20 公里高空的偵測紀錄

夜裡窗外打雷，你拉上窗簾，以為雲裡只有聲音和光。2024 年的一項研究說，雲裡其實一直有伽瑪射線在放，只是我們的感官察覺不到。

先說清楚尺度：這些射線是在雷暴雲頂上方 20 公里的飛機上測到的，不是在你家窗邊。但這件事的重點在於，它不是偶爾才發生的怪事。

事情經過

2023 年 7 月，NASA 的 ER-2 高空研究機飛到加勒比海與中美洲一帶的熱帶雷暴上空。ER-2 是從冷戰時期的 U-2 偵察機改裝來的，這次的任務叫 ALOFT，機上裝了伽瑪射線、光學、無線電和電場儀器。它在大約 20 公里高度巡航，位置在雷暴雲頂上方，Duke 大學的新聞稿估計約 3 英里。

整個任務共飛了 10 趟，其中 9 趟測到伽瑪輻射。研究團隊由挪威卑爾根大學的 Nikolai Østgaard、Martino Marisaldi 等人領頭，Duke 大學的 Steve Cummer 是共同作者之一，論文 2024 年 10 月刊在《Nature》第 634 期。

過去對雷暴伽瑪射線有兩種認識。一種是「地球伽瑪射線閃光」（TGF），持續不到千分之一秒，很強，通常伴隨閃電。另一種是「伽瑪輻射輝光」（glow），強度弱得多，可以持續幾秒到幾分鐘。兩者中間一直缺一塊拼圖。

這次的觀測補上了中間那一塊。Sci.News 整理的數字是：9 趟飛行中記錄到 500 多次輝光，每次大約 1 到 10 秒；有一個雷暴雲系統連續發光超過 3 小時，範圍約 9,000 平方公里。另一種新形態叫「閃爍伽瑪射線閃光」，在 5 趟飛行中共偵測到 24 次，其中 17 次後面接著出現閃電。

Duke 新聞稿描述的形態是：大約十分之一秒內重複約 10 個脈衝，過去沒有紀錄。Physics Today 的說法是這種閃爍持續幾十到幾百毫秒，介於輝光與閃光之間。兩邊的描述範圍不同，不算衝突，前者舉的是典型例子。

1 億顆 AA 電池是什麼意思

新聞稿用「1 億顆 AA 電池首尾串聯」來形容雲裡的電場強度。這是為了讓人有畫面的比喻，不是論文裡的單位。這篇長文打開過的頁面沒有展開電場的細節，所以數字怎麼換算，我們不替它補。

Physics Today 提到一個背景：地球上每天大約有 4 萬場雷暴。如果輝光真的是常態，那麼這個過程的規模就比想像中大很多。

正方這是常態，不是怪事

Cummer 在新聞稿裡的原話是：雷暴裡發生的事比我們想像的多得多，基本上所有大型雷暴整天都在用許多不同形式產生伽瑪射線。

支持這句話的證據是 10 趟飛行有 9 趟看到、500 多次輝光、一次發光超過 3 小時。Physics Today 引述的說法則是，過去的模型以為整片雲會以均勻、持續的方式發光幾十秒，這次的資料顯示發光強度會動態起伏，持續時間可以到幾小時。這等於推翻了「均勻發光」的舊圖像，而不只是多加一種現象。

新聞稿還提到，團隊估計超過一半的熱帶雷暴帶有這種輻射。這個數字我們只在新聞稿看到，沒有在能打開的論文頁面核對到。

反方樣本有限，推論要小心

第一，採樣範圍很窄。資料來自同一個月、同一個區域、同一架飛機，主要是加勒比海與中美洲沿海的熱帶雷暴。「基本上整天都在放」是作者對大型雷暴的概括，用在溫帶雷暴或內陸雷暴上，目前沒有這批資料支持。

第二，飛機是從上方看。ER-2 在雲頂上方，儀器偵測到的是穿出雲頂的射線。Physics Today 的報導提到 TGF 能量可達數千萬電子伏特，沒有講到對人的影響。至於坐民航機穿越雷暴的風險，我們打開的頁面都沒有討論，所以這裡不下結論。

第三，「閃爍閃光是輝光與 TGF 之間缺的一環」是團隊的詮釋。24 次觀測支持這個說法，但 24 次不多，後續是否能在別的地區、別的儀器上重現，要看之後的研究。

出處

1. Duke University Pratt School of EngineeringRadioactive Lightning
2. Marisaldi, M. et al. (2024). Highly dynamic gamma-ray emissions are common in tropical thunderclouds. Nature 634, 57-60doi.org
3. Sci.NewsGamma-Ray Emission from Tropical Thunderstorms Takes More Forms Than Previously Thought
4. Physics TodayGamma-ray flashes offer clues about thunderstorm electrification

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