中國北京，2024年2月21日訊 —— 閃電發生的過程極其複雜，目前仍存在很多謎團。在美國北卡羅來納州杜克大學任職的Cummer教授及其團隊試圖揭開這層神秘的麵紗。閃電經常發生在不透明的雲層中，使其成因變得更加神秘。值得慶幸的是，閃光發生時能夠在UHF和VHF頻pin率lv範fan圍wei內nei產chan生sheng無wu線xian電dian波bo，這zhe就jiu為wei研yan究jiu人ren員yuan研yan究jiu閃shan電dian帶dai來lai了le極ji大da的de便bian利li。然ran而er，在zai閃shan電dian發fa生sheng前qian和he發fa生sheng時shi有you大da量liang的de數shu據ju需xu要yao被bei處chu理li和he記ji錄lu，這zhe也ye為wei研yan究jiu人ren員yuan的de工gong作zuo帶dai來lai了le巨ju大da的de挑tiao戰zhan。因yin此ci，科ke學xue家jia們men選xuan擇ze了leSpectrum儀器提供的ADC卡來解決這一棘手的問題。Cummer教jiao授shou及ji其qi團tuan隊dui的de主zhu要yao研yan究jiu目mu的de是shi了le解jie閃shan電dian的de成cheng因yin，避bi免mian其qi對dui建jian築zhu物wu造zao成cheng損sun壞huai。與yu此ci同tong時shi，研yan究jiu人ren員yuan還hai希xi望wang通tong過guo此ci次ci研yan究jiu，了le解jie氣qi候hou變bian化hua是shi否fou會hui導dao致zhi雷lei暴bao天tian氣qi數shu量liang的de變bian化hua。

杜克大學電子與計算機工程教授Steven A. Cummer表示:“幾年前，還沒有一款儀器能夠獲取和處理如此大體量的數據。在活躍的雷暴天氣，我們通常每小時記錄的數據都在1TB以上。因而
，我們在記錄設備中使用了兩個Spectrum儀器提供的4通道M4i.4451-x8數字化儀卡。這兩個設備是通過Spectrum儀器的Star-Hub連接，使我們能夠同時從八個天線記錄數據。Star-Hub能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)數(shu)據(ju)的(de)完(wan)美(mei)同(tong)步(bu)
，這(zhe)對(dui)我(wo)們(men)使(shi)用(yong)天(tian)線(xian)構(gou)建(jian)幹(gan)涉(she)儀(yi)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。通(tong)過(guo)不(bu)同(tong)天(tian)線(xian)發(fa)出(chu)信(xin)號(hao)之(zhi)間(jian)的(de)微(wei)小(xiao)時(shi)差(cha)
，我(wo)們(men)就(jiu)可(ke)以(yi)計(ji)算(suan)出(chu)每(mei)次(ci)閃(shan)電(dian)時(shi)間(jian)的(de)位(wei)置(zhi)
，最(zui)遠(yuan)可(ke)達(da)到(dao)50公裏。這些ADC卡每個通道的采樣率都可達到500MS/s
，方便我們收集所需的數據，14位分辨率也能確保我們獲取全部的微弱信號。”

兩個完全同步的M4i.4451-x8被應用於閃電研究

閃電發生前的重要一秒

Cummer教jiao授shou研yan究jiu的de一yi部bu分fen集ji中zhong在zai閃shan電dian剛gang剛gang開kai始shi前qian和he之zhi後hou的de時shi刻ke。閃shan電dian一yi旦dan形xing成cheng
，它ta的de結jie構gou就jiu很hen容rong易yi被bei了le解jie。這zhe是shi一yi個ge長chang達da數shu百bai米mi的de熱re電dian離li氣qi體ti的de傳chuan導dao通tong道dao。他ta解jie釋shi道dao：“我wo們men所suo麵mian臨lin的de挑tiao戰zhan是shi如ru何he在zai閃shan電dian開kai始shi之zhi前qian獲huo取qu數shu據ju。如ru果guo隻zhi依yi靠kao閃shan電dian的de光guang學xue數shu據ju，幾ji乎hu不bu可ke能neng獲huo得de事shi件jian發fa生sheng前qian的de數shu據ju。但dan是shi現xian在zai，我wo們men可ke以yi通tong過guoSpectrumyiqideshezhihuodeshandianfashengqiandeshuju。kapiannenggouchixujilushuju，duiyubuxuyaodeshujuzehuibeixindejilusuofugai。shandianshijianshiyigechufaqi
，tabujinnenggoujilushijianxiayimiaodeshuju
，hainengbaoliushijianfashengqianyimiaodeshuju。yinweizhexieshujuyizhibeijiluzaineicunkazhong
，chufeishijianbeichufa，fouzezhexieshujubuhuibeicunchuxialai。meizhangkadeneicungaoda2GS，存儲空間足以為我們捕捉到每秒幾百兆的信號樣本

，並將它寫在SDD上shang。完wan成cheng後hou，係xi統tong會hui迅xun速su重zhong置zhi以yi記ji錄lu下xia一yi個ge閃shan電dian事shi件jian的de數shu據ju。這zhe對dui於yu從cong暴bao風feng雨yu中zhong獲huo取qu數shu據ju至zhi關guan重zhong要yao，因yin為wei閃shan電dian每mei隔ge幾ji秒miao就jiu會hui出chu現xian，並bing持chi續xu幾ji小xiao時shi。”

Cummer教授表示他是通過Spectrum儀器提供的SBench6測試軟件來實現對這個8通道係統的控製和編程。他補充道：“整個過程非常簡單
，在研究項目我們也無需從頭開始創建特殊的軟件程序。”

站在八個接收天線其中之一前的Cummer教授

閃電伽馬輻射

Cummer教授及其團隊所研究的另一謎團是為什麼有些閃電事件會產生高能伽馬輻射

，而有些則不會。這種情況大約是在30年nian前qian被bei發fa現xian的de。衛wei星xing上shang的de伽jia馬ma射she線xian探tan測ce器qi接jie收shou到dao了le來lai自zi地di球qiu的de信xin號hao，而er科ke學xue家jia們men原yuan本ben以yi為wei這zhe些xie信xin號hao隻zhi能neng來lai自zi外wai太tai空kong。雷lei暴bao中zhong的de伽jia馬ma射she線xian是shi在zai閃shan電dian開kai始shi時shi產chan生sheng的de。因yin此ci，在zai這zhe個ge研yan究jiu項xiang目mu中zhong獲huo得de的de事shi件jian前qian數shu據ju，將jiang幫bang助zhu物wu理li學xue家jia們men理li解jie這zhe種zhong伽jia馬ma射she線xian的de產chan生sheng。

閃電分析案例

帶有天線的8通道係統雖然能夠自由移動，但該係統目前的使用地點被固定在了位於達勒姆的杜克大學。在2019年4月12日21時24分40秒（UTC）
，這裏的閃電分析被記錄下來。值得注意的是

，整個閃電發生在風暴雲中，因此隻能看到漫射雲。但是

，通過VHF無線電測量獲取了下圖所示的完整結構。得益於方位角和仰角
，天空中的每個位置都清晰可見。閃電的時間順序可以在視頻鏈接 （https://spectrum-instrumentation.com/videos/lightning.mp4）中的48秒視頻中看到。該視頻慢動作播放了持續1秒(miao)的(de)閃(shan)電(dian)。視(shi)頻(pin)中(zhong)的(de)每(mei)個(ge)點(dian)都(dou)是(shi)從(cong)閃(shan)電(dian)中(zhong)檢(jian)測(ce)和(he)定(ding)位(wei)的(de)不(bu)同(tong)射(she)電(dian)源(yuan)。當(dang)所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)點(dian)一(yi)起(qi)顯(xian)示(shi)時(shi)，這(zhe)些(xie)點(dian)清(qing)晰(xi)的(de)勾(gou)勒(le)出(chu)了(le)閃(shan)電(dian)事(shi)件(jian)的(de)空(kong)間(jian)和(he)時(shi)間(jian)結(jie)構(gou)。

Steven Cummer教授與Yunjiao Pu博士有關深入分析閃電事件的論文

，請點擊此處。

關於Spectrum儀器

Spectrum儀器公司成立於1989年，采用獨特的模塊化理念設計和生產了200餘款數字化儀和發生器產品，其中包括PC卡（PCIe和PXIe）以及獨立的以太網設備（LXI）。在過去30年間，Spectrum的客戶遍布全球，旗下產品也被用於眾多行業領軍企業和知名大學。Spectrum儀器總部位於德國漢堡附近，旗下產品均享受5年質保以及來自工程師團隊的卓越服務。更多詳情，請訪問公司官網www.spectrum-instrumentation.com