在一场令人惊叹的科学坚持展示中,宾夕法尼亚州立大学的一个团队终于证实了自杜鲁门政府时期以来研究人员一直怀疑的事情:树木在雷暴期间会因电而发光。这个由杰出教授威廉·布鲁恩、博士生帕特里克·麦克法兰、助理研究教授杰娜·詹金斯和前副研究教授大卫·米勒组成的团队,于2024年6月驾驶一辆改装过的2013款丰田塞纳踏上了公路之旅。他们的使命:在野外捕捉难以捉摸的电晕放电现象。
三周时间里,他们追逐佛罗里达州著名的变幻莫测的夏季风暴,却一无所获。突破并非发生在阳光之州,而是在北卡罗来纳大学彭布罗克分校的一次战略性中途停留中。在那里,他们将定制的电晕观测望远镜系统对准了约100英尺外的一棵枫香树,当时正值一场持续两小时的雷暴。他们在那棵树上记录了859次电晕事件,并在附近的一棵长叶松上记录了另外93次,每次事件持续从几分之一秒到几秒不等。
这种现象发生在雷雨云积聚大量负电荷时,这些负电荷吸引来自地面的正电荷,正电荷沿树木向上移动并集中在叶尖。这产生了一个足够强的电场,能在可见光和紫外光下产生微弱的光芒。这种紫外线辐射可以分解水蒸气,形成羟基,这是一种关键的大气氧化剂,有助于清除空气中的污染物,包括甲烷。
这一实地证实建立在团队早期实验室工作的基础上,当时他们对树枝施加高压、低电流脉冲,并将紫外线发射与羟基的产生联系起来。他们还注意到电晕点处有轻微的叶片损伤。望远镜系统是一个连接到紫外线敏感相机的牛顿式望远镜,经过特殊校准以阻挡太阳紫外线,确保只有电晕、闪电或火灾才能触发它。
“这恰恰表明,发现科学仍在进行中,”发表在《地球物理研究快报》上的论文的主要作者麦克法兰说道。他将这一景象描述为“雷暴过顶时,大片闪烁的电晕光芒”,这一奇观肉眼几乎看不见,但对空气质量、气候过程和森林健康具有潜在影响。
既然他们已经证实了这个有70年历史的理论是正确的,研究人员已经转向下一个合乎逻辑的问题:这种发光过程会伤害树木吗?它们是否以某种方式从中受益?它们是否进化到能够耐受甚至利用它?为了找出答案,他们正在与树木生态学家和生物学家合作。这项研究由美国国家科学基金会资助。