Гамма-промені випромінюються під час ядерних реакцій та найбільш екстремальних подій у Всесвіті, таких як вибухи наднових зірок, чорні діри тощо, але вони також можуть походити з більш близьких джерел. За останні три десятиліття вчені виявили, що грози мають здатність створювати гамма-промені. Нове дослідження висвітлило, як найенергійніша форма світла виникає під час грози.
Гамма-явища в грозах поділяються на наземні гамма-спалахи (ТГС), що тривають до 100 мікросекунд, і гамма- світіння, які можуть тривати сотні секунд. Нова робота також виявила те, що дослідники назвали мерехтливими гамма-спалахами (FGF), які складаються з імпульсів більшої тривалості, ніж ТГС (сотні мілісекунд), і, схоже, пов’язані з довготривалими світіннями.
“У грозах відбувається набагато більше, ніж ми могли собі уявити”, – сказав у своїй заяві співавтор дослідження професор Стів Каммер з Університету Дьюка. “Виявляється, по суті, всі великі грози генерують гамма-випромінювання протягом усього дня в різних формах”.
Спочатку вважалося, що блискавка може бути відповідальною за виробництво цих гамма-променів. Схоже, що це не так. Насправді, коли утворюється блискавка, вона, як правило, слідує за гамма-випромінюванням – тож, можливо, гамма-промені насправді ініціюють блискавку.
На основі проведеної роботи команда вважає, що в утворенні блискавки беруть участь вільні електрони, які прискорюються інтенсивним електричним полем у хмарах. Рухаючись вгору, вони взаємодіють з молекулами повітря і води, і ці зіткнення можуть створювати реакції, які включають утворення антиречовини і гамма-променів.
Робота стала можливою лише завдяки використанню висотного наукового літака NASA ER-2, модернізованого літака-розвідника U2 часів холодної війни. Він літає вдвічі вище, ніж комерційний літак, і його 10 разів піднімали над Мексиканською затокою для вивчення тропічних штормів.
“Кілька повітряних кампаній намагалися з’ясувати, чи є ці явища поширеними чи ні, але результати були неоднозначними, а кілька кампаній над Сполученими Штатами взагалі не виявили ніякого гамма-випромінювання”, – додав Каммер. “Цей проект був розроблений для того, щоб відповісти на ці питання раз і назавжди”.
“Літак ER-2 стане найкращою платформою для спостереження за гамма-випромінюванням грозових хмар”, – пояснив професор Ніколай Остгаард з Бергенського університету, провідний дослідник проекту і перший автор однієї з статей. “Пролітаючи на висоті 20 км [12,4 милі], ми можемо пролетіти безпосередньо над верхівкою хмари, якомога ближче до джерела гамма-випромінювання”.
Спостереження також показали, що емісія світіння не є статичною, а постійно змінюється, що, можливо, обмежує енергію, яка може накопичуватися всередині. За оцінками команди, розмір має значення у виробництві гамма-променів, і вони вважають, що не всі шторми можуть їх виробляти, але більше половини всіх тропічних штормів можуть.
“Динаміка грозових хмар, що світяться гамма-випромінюванням, різко суперечить колишній квазістаціонарній картині світіння, і скоріше нагадує динаміку величезного гамма-киплячого котла, як за малюнком, так і за поведінкою”, – сказав професор Мартіно Марісальді, також з Університету Бергена і перший автор ще однієї з робіт.
Гамма-випромінювання не є небезпечним. Щоб відчути його, потрібно бути прямо там, а якщо б ви були там, то мали б інші ризики, більші, ніж спалахи гамма-променів!
Статті опубліковані в журналі Nature і можуть бути прочитані тут і тут.