ابرهای طوفانی تشعشعات گامای عجیبی تولید می‌کنند

صاعقه آشکارا انرژی زیادی را به همراه دارد، اما آنها پرانرژی‌ترین بخش طوفان نیستند. تشعشعات گاما نیز در فوران‌هایی به نام جرقه‌های پرتو گامای زمینی(TGF) تولید می‌شود که می‌تواند تا ۱۰۰ میکروثانیه دوام داشته باشد و به دنبال آن صاعقه‌های پس از آن طولانی‌تر می‌شود.

به نظر می‌رسد داده‌های موجود نشان می‌دهد که جرقه‌های پرتو گامای زمینی نسبتا نادر هستند. حالا دانشمندان در یک مطالعه جدید از یک هواپیمای تحقیقاتی ناسا برای مشاهده دقیق‌تر این پدیده استفاده کردند.

این هواپیمای مجهز به حسگرهایی برای اندازه‌گیری پرتوهای گاما، رعد و برق و انتشار امواج مایکروویو، ۱۰ پرواز را بر فراز ابرهای طوفانی در دریای کارائیب و آمریکای مرکزی در ارتفاع ۲۰ کیلومتری درست بالای ابرهای طوفانی انجام داد.

تیم تحقیقاتی در کل این ۱۰ پرواز ۹۶ TGF را مشاهده کرد که بسیار بیشتر از حد انتظار بود. نکته مهم این است که تنها سه یا چهار مورد از آنها به اندازه کافی روشن بودند که از فضا قابل تشخیص باشند. همین موضوع توضیح می‌دهد که چرا قبلاً بسیار نادر به نظر می‌رسیدند.

این پژوهش همچنین انواع جدیدی از انتشارات گاما را نشان داد که آشکارسازهای فضایی قادر به تشخیص آنها نبودند. این پالس‌ها شامل یک مجموعه پالس هستند که ۲۵۰۰ برابر طولانی‌تر از TGF دوام می‌آورند و نام فلاش‌های پرتو گامای سوسوزن(FGF) را به آنها داده‌اند.

در مجموع، ۲۴ مورد از این FGFها طی ۵ پرواز از این ۱۰ پرواز شناسایی شد و ۱۷ مورد از آنها به سرعت با صاعقه‌ها دنبال شدند.

نوع سومی از انتشار گاما نیز در ۹ پرواز از ۱۰ پرواز شناسایی شد. اینها نوعی درخشش کم و آهسته بودند که گاهی انرژی را برای تولید TGF و FGF افزایش می‌دهند.

در یک مورد، محققان یک ابر طوفانی و مولد صاعقه را به وسعت بیش از ۹۰۰۰ کیلومتر مربع شناسایی کردند که از ابتدای پرواز هواپیما حداقل برای مدت سه ساعت کامل می‌درخشید. البته محققان نمی‌توانند مطمئن باشند که این ابر طوفانی چه مدت قبل از شروع پرواز می‌درخشیده و چقدر بعد از فرود هواپیما به درخشش خود ادامه داده است.

در مورد اینکه چرا اصلاً این اتفاق می‌افتد، به نظر می‌رسد که فعالیت الکتریکی در ابرها در طول طوفان، میدان‌های الکتریکی نیرومندی ایجاد می‌کند که باعث شتاب ذراتی مانند الکترون می‌شود. وقتی اینها با مولکول‌های هوا برخورد می‌کنند، می‌توانند آبشاری از برخوردهای دیگر را ایجاد کنند که در نهایت منجر به واکنش‌های هسته‌ای می‌شود. این واکنش‌ها به عنوان پرتوهای گاما قابل تشخیص هستند و حتی می‌توانند پرتوهای پادماده با عمر کوتاه تولید کنند.

هنوز چیزهای بیشتری در مورد آنچه در ابرها در طول طوفان می‌گذرد را نمی‌دانیم، اما داده‌های جدید نشان می‌دهند که ممکن است بین این درخشش‌های پرتو گاما و شروع رعد و برق ارتباط وجود داشته باشد.

این پژوهش در دو مطالعه در مجله Nature منتشر شده است.