何が稲妻を引き起こすのか、正確には誰にもわかりません。現在、2 人のロシアの研究者は、これらの 10 億ボルト以上の放電は、宇宙線 (宇宙からの高エネルギー粒子) と雷雲中の水滴との相互作用によって引き起こされる可能性があると述べています。
宇宙線は、星の衝突、ガンマ線バースト、超新星などの強力なイベントによって宇宙の奥深くで作成されます。これらの大変動は、荷電粒子 (主に陽子) を非常に高いエネルギーまで加速します。光線は宇宙を横切ってズームし、地球の上層大気に衝突する光線は、目に見えないが非常にエネルギーの高い電離粒子と電磁放射の空気シャワーを生成します。
これらの空気シャワーが雷雲を通過するときに稲妻が発生する可能性があるという考えは、20 年前からありました。 1992年、モスクワのレベジェフ物理研究所のロシア人物理学者アレクサンドル・グレヴィッチは、宇宙線の衝突によって生成された高エネルギー粒子が雷雲の中で空気をイオン化し、多くの自由電子のある領域を作り出すことを示唆した.雷雲の電場は、電子をほぼ光速まで加速し、非常に高いエネルギーに押し上げます。その後、電子は空気中の原子と衝突し、X 線やガンマ線だけでなく、さらに多くの電子を生成します。雲の中のこの高エネルギー粒子の雪崩 (Gurevich が「暴走破壊」と呼んでいる) は、雷にとって理想的な伝導条件を提供します。
フロリダ工科大学（メルボルン）の雷科学者ジョセフ・ドワイヤー（Joseph Dwyer）は、Gurevich のアイデアが導入されて以来、世界中の研究者がこのアイデアについて議論してきたが、彼はこの研究には関与していない.しかし、Gurevich は、宇宙線が原因であるという具体的な証拠を見つけていません。ドワイヤー氏は、電波が手がかりになる可能性があると述べている。 「宇宙線のコミュニティは、宇宙線が電波を作ることを知っており、雷雨が周囲にあるとき、これらの電波パルスをより多く得ることが見られました」とドワイヤーは言います. 「しかし、ループを閉じて、[雷雲の]電場を通過する空気シャワーがこれらの暴走電子を引き起こしていることを実際に示した人はまだいません。」
この概念をテストするために、ニジニ ノヴゴロドにある放射線物理研究所の Gurevich と彼のロシア人の同僚である Anatoly Karashtin は、ロシアとカザフスタンで記録された 3800 の雲から地面への落雷のデータを分析しました。彼らは、電波を測定し、電波がどの方向から来るかを示す電波干渉計を使用し、雷の発生時に生成される電波パルスを調べました。
結果は、今週 Physical Review Letters で報告されました 、雷雲が落雷の直前に「数百または数千」の短くて強い電波パルスを放出することを示しています。研究者によると、それらの形状は、高エネルギーの宇宙線によって引き起こされる暴走破壊のモデルと一致しています。しかし、問題があります。十分なエネルギーを持つ宇宙線は、Gurevich と Karashtin が観測したすべてのパルスを引き起こすにはあまりにもまれです。
いわゆるハイドロメテオ（それぞれの雲に含まれる雹と水滴）がパルスを増幅している可能性がある、と研究者は述べています。宇宙線粒子によって生成された自由電子がこれらの水流星の近くを通過すると、Gurevich と Karashtin は提案し、電流と電波パルス信号の両方を増強する微小放電の突風を引き起こします。
しかし、イギリスのマンチェスター大学の雷科学者である Clive Saunders は、宇宙線が雷に何らかの役割を果たしているとは確信していません。 「彼らは、雷の活動と地球への宇宙線の到達率との間に相関関係を示していません」と彼は言います。
その速度は、太陽活動の 11 年周期に合わせて増減します。太陽風が強くなると、太陽活動極大期に地球からより多くの宇宙線がそらされます。宇宙線が雷雨の背後にあるとすれば、雷雨の発生は同様のサイクルに従うはずだとサンダースは主張する。 「彼らがこの相関関係を証明できるようになるまでは、コンセプト全体について根本的な疑問が残ります」と彼は言います。
サンダース氏によると、ほとんどの研究者は別の理論に傾倒しています。雷は、嵐の雲の中の氷の結晶と雹が衝突し、十分な電荷が分離して高電界が発生したときに発生します。このプロセスだけで、稲妻が形成されるのに十分なほど空気をイオン化できると彼は言います。宇宙線は必要ありません。
ドワイヤー氏は、チェレンコフ望遠鏡として知られる宇宙線空気シャワーの検出器を使用して論争を解決できるはずだと述べています。 「私たちが本当に必要としているのは、通過する宇宙線の空気シャワーを測定し、電波を測定し、パルスを測定し、それらをすべてまとめるこれらの空気シャワー アレイを用意することです」と彼は言います。
