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【科學講堂】市民參與科研 尋找伽瑪射線

2021-04-15
● 雷雨雲在閃電之前也有機會發出伽瑪射線。 資料圖片● 雷雨雲在閃電之前也有機會發出伽瑪射線。 資料圖片

閃電大家應該都有見過,不知道各位有否覺得這個現象神秘萬分?原來閃電與高能量的伽瑪射線也有關聯,讓這個現象顯得更耐人尋味!這樣的一個研究課題,提供了一個難得的機會,讓普羅大眾一同參與。今次就和各位分享一下這個方向的研究。

能量最強電磁輻射 極端環境才能製造

先介紹伽瑪射線。它們是電磁光譜中頻率最高、能量最強的電磁輻射。一般來說,製造它們需要相對極端的環境:例如黑洞、超新星附近。正因如此,自然產生的伽瑪射線大多來自外太空,不應在地球之上頻繁出現(我們特別建立的實驗室自然另當別論)。

不過早在1985年,科學家們卻在地球上的雷暴之中偵測到伽瑪射線:當時一輛載有輻射偵測器的飛機穿過一場雷暴,因而測量到在閃電之前,雷雨雲有可能會發出一些不太強烈的伽瑪射線。到了1994年,康普頓伽瑪射線天文台更從雷雨雲中偵測到更強烈、但歷時只有數十分之一秒的伽瑪射線。這個天文台位於太空之中,本來是用來測量宇宙中的伽瑪射線,卻出奇地在地球之上找到這種高能量輻射。

可惜一直以來,要研究這些與閃電相關的伽瑪射線並非易事:人造衛星與這些射線距離太遠,不容易有詳細的偵測;飛機或氣球可以深入雷暴之中進行量度,不過這樣做好像危險了一點,而且飛機或氣球的存在也有可能影響這些伽瑪射線。

高速電子撞原子 能量轉變成射線

位於日本中部的金澤市,原來十分適合測量這些伽瑪射線。一般來說,在地上進行偵測相對安全,不過雷雨雲與地面大多距離太大,那些伽瑪射線還未到達地面,就已被空氣或其他物料大量吸收了,以致在地面上測量並不理想。

金澤市在這方面卻是與別不同:這裡經常有強烈的雷暴,而且雷雨雲一般與地面的距離少於1公里,因而來自雷雨雲的那些伽瑪射線,可以輕易到達地面而不會被完全吸收。再者,金澤市擁有寬闊的內陸平原,方便研究人員在不同地方安裝偵測器,監察那些伽瑪射線與雷雨雲移動的模式。

相關的研究人員,更進一步將這個研究變成社區共同參與的計劃:他們開發了體積不大的伽瑪射線偵測器,再將它們分發給當地居民,以便安裝在他們的家中、花園中來進行測量。

研究人員希望與更多的市民合作,在未來可以有數以百計的偵測器安裝在城市的不同部分之中。

這自然不是市民參與的唯一方式:他們也可以拍攝並上傳雷暴、閃電的照片;擁有那些伽瑪射線偵測器的市民,更會在伽瑪射線發放的時候收到通知,以便他們拍攝相關的雷雨雲照片,為研究人員提供數據,去理解怎麼樣的雷雨雲在什麼狀況下才會發出那些伽瑪射線。

有了更多市民的「監察」,自然更有機會拍攝到有用的照片;與此同時,市民也可一同參與科研,為擴展我們的知識領域出一分力。

到了今天,科學家們對這些伽瑪射線的來源,已有一些概括的想法:在閃電之前,強烈的電磁場存在於雨雲之中,電子因而受到影響而加速至接近光速。

不過,當這些高速電子與雨雲中的其他原子相撞,它們就會慢下來,並將原來的高能量以伽瑪射線的形式釋放出來。當然「魔鬼在細節」,科學家們還需更多的研究去完全理解整個機制。可幸的是有了一眾市民的參與,研究的步伐希望能大大加快。

■杜子航 教育工作者

早年學習理工科目,一直致力推動科學教育與科普工作,近年開始關注電腦發展對社會的影響。

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