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科技新聞

智利阿他加馬沙漠上空現罕見「紅色精靈」

【2022年08月29日訊】(記者李宛鴻編譯報導)一道道鮮豔的紅色光痕,閃現在智利阿塔卡馬沙漠(Atacama Desert)上空。這個罕見的空中現象,被幸運地拍了下來。

8月22日,歐洲南方天文台(ESO)最早的觀測站,位於科金博東北方1百英里沙漠中央的拉西拉天文台(La Silla Observatory),拍攝到這個奇特景象。

由於太過罕見,數百年來,關於紅色精靈的報告,一直被當作軼聞趣事,不受科學家重視。直到1989年,明尼蘇達大學的科學家才首次捕捉到這種神祕的光,並於1993年才有人將其取名為「紅色精靈」(Red Sprites)。

歐洲南方天文台說,紅色精靈是地球大氣層一種相當稀有的高空閃電形式。出現在對流層中,離地面高度約30到55英里之間,由雷雨雲頂端大規模、低溫的放電所造成。

依照紅色精靈的形狀,可將其分為三類。第一種為非常大型的「水母精靈」,其面積可達30平方英里。第二種和第三種很相似,分別為「柱狀精靈」、「蘿蔔精靈」。其不同之處在於「蘿蔔精靈」底部,有和「水母精靈」同樣的長條卷鬚體。卷鬚體的高度較低,通常呈現藍色,而精靈其餘較高的部分則呈紅色。

根據華盛頓大學地球與太空科學系,精靈的紅光來源於大氣層中氮分子的激發態,由雷雨雲放電引發。

紅色精靈之所以如此罕見,是因為導致它們出現的閃電放電類型本身相當罕見。雷擊通常為負電雷擊,即從雲中轉移負電荷至地面。而與精靈有關的雷擊,為來自大型雷雨雲的雲對地正電雷擊,它只佔所有閃電中的10%。

拍攝紅色精靈的高速影片,使用的是每秒1萬幀的高速相機。放慢鏡頭,可以看到紅色精靈是由一團團等離子體所組成的,直徑在33到328英尺之間。

在拉西拉天文台拍到的照片中,能看到紅色精靈停留在阿塔卡馬沙漠上空,靠近地平線的位置,並且被其它範圍更廣的淺綠輝光包圍著。據歐洲南方天文台稱,此輝光就是所謂的氣輝,只有在無光害的地方才能清楚的看見。其成因是,白天時陽光將地球大氣層內氮原子和氧原子的電子擊出。到了夜晚,電子會緩慢的帶正電的離子復合,也就是這一過程,導致它們發光。

1989年,發生過一起氣象氣球墜毀意外。由NASA發射的平流層氣球,在經過一場雷暴後,從12萬英尺的高空落下,最終降落在德克薩斯州的格雷厄姆附近。由於當時還沒有「精靈」這一名稱,因此紅色精靈在事後,才被認為可能是導致這次事件的起因。◇#

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硅谷風雲

核聚變突破獲得證實:加州團隊成功「點火」

【2022年08月17日訊】(記者林達編譯報導)核聚變研究領域的一項重大突破在一年後終於得到證實。勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的國家點火設施(NIF)的研究人員於2021年8月8日記錄了第一例核聚變成功點火實例,其結果在整整一年後的三篇經同行審議的論文中得到確認。

核聚變為太陽及其它恆星提供動力:重氫原子以足夠的力量碰撞、融合在一起形成一個氦原子,由此釋放出大量能量作為副產品。一旦氫等離子體成功「點火」,聚變反應就會自我維持,聚變本身會產生足夠的能量來維持溫度而無需外部加熱。

聚變反應期間的點火,本質上意味著反應本身產生足夠能量用以自我維持,這對於使用聚變發電來說是必要的。

如果我們能利用這種反應來發電,那將是最有效、污染最少的能源之一。不需要化石燃料,因為唯一的燃料是氫,唯一的副產品是氦,工業中常常會用到氦,而且供不應求。

目前核聚變能源的問題是:我們沒有技術能力來利用這種能量。來自世界各地的科學家目前正在專注攻克這一難關。

在LLNL這一最新里程碑中,研究人員僅在幾納秒內就記錄了超過1.3兆焦耳(MJ)的能量產出。作為參考,1焦耳相當於施加1牛頓作用力經過1米的距離所需的能量。

LLNL慣性約束核聚變項目的首席科學家奧馬爾‧哈瑞坤(Omar Hurricane)在8月8日的一份聲明中說:「這是一項重大科學進步,確定了實驗室中獲得核聚變點火在國家點火設施(National Ignition Facility, NIF)是可能的。」

「實現點火所需的條件一直是所有慣性約束核聚變研究的長期目標,並開闢了一種新的實驗機制,其中阿爾法粒子(alpha-particle)自熱超過了聚變等離子體中的所有冷卻機制。」

在為達到成功點火而進行的實驗中,研究人員使用由氘-氚製成的致密活塞加熱並壓縮同樣由氘-氚燃料構成的中心「熱點」,從而產生一個超熱、超高壓的氫等離子體。氘-氚是分別具有一個和兩個中子的兩種氫原子的混合體。

「當聚變過程中產生的阿爾法粒子,在粒子吸收過程中產生的熱量在一段時間內克服了系統中的熱量損失機制時,就會發生點火,」作者在論文中說。

這一具有里程碑意義的成果是經過數千研究者多年的研發才完成的,僅物理評論快報論文就包含了1,000多名作者。

儘管之後的多次實驗未能達到與2021年8月實驗相同的能量產量,但均達到了比之前的實驗更高的能量。這些後續行動的數據將幫助研究人員進一步簡化聚變過程,並進一步探索核聚變作為未來發電的真正選項。

哈瑞坤在聲明中說:「在實驗室裡有一個點火的『存在證明』是非常令人興奮的。」

三篇相關論文於8月8日同一天分別發表在《物理評論快報》和《物理評論E》期刊。◇