Ciemne błyskawice są coraz częstsze w naszej atmosferze

Ciemne błyskawice coraz częstsze na niebie. Co to jest?

Wszyscy wiemy, jak przerażające potrafią być błyskawice i jak wielkie spustoszenie mogą pozostawić po sobie burze. Ich symptomy są powszechnie znane – ciemne chmury, ulewny deszcz, grzmoty i oślepiające błyski. Ale czy to wszystko? Naukowcy odkrywają tajemnice tzw. ciemnych błyskawic.

W 2013 r. naukowcy z Uniwersytetu w Bergen wykryli obecność innego rodzaju błyskawic podczas burzy – takich, które nie są widoczne gołym okiem i nie wytwarzają żadnego dźwięku. Samo zjawisko nie było jednak nowe, bo już w 1991 r. wykryto je po raz pierwszy, nazywając ciemną błyskawicą. Wówczas jednak naukowcy myśleli, że powstają one tylko poza Ziemią i to stosunkowo rzadko.

Czym są ciemne błyskawice?

Ciemna błyskawica to tak naprawdę wybuch promieniowania gamma, który powstaje w wyniku zderzenia wysokoenergetycznych elektronów z cząstkami powietrza, np. podczas burzy. Naukowcy określają je także jako ziemskie błyski gamma (TGF). Szacuje się, że każdego dnia na Ziemi powstaje nawet 1000 takich błysków – niewidzialnych, nieodczuwalnych i trudnych do namierzenia.

Ciemne błyskawice mogą powstawać podczas normalnych wyładowań atmosferycznych

Przez ponad dekadę naukowcom wydawało się, że ciemne błyskawice mają pochodzenie pozaziemskie. Owszem, wiedzieli, że są to błyski promieniowania gamma, ale utożsamiano je z odległymi obiektami kosmicznymi – supernowymi lub czarnymi dziurami, które podczas emisji akurat były skierowane w stronę Ziemi. Pierwsze wykryte ciemne błyskawice faktycznie pochodziły z kosmosu, choć były niezwykle ulotne – trwały zaledwie kilka tysięcznych części sekundy.

Wiemy dość dobrze, jak działają czarne dziury w centrach odległych galaktyk, ale nie rozumiemy, co dzieje się wewnątrz chmur burzowych zaledwie kilka kilometrów nad naszymi głowami. A okazuje się, że dzieje się tam bardzo dużo.

Joseph Dwyer, fizyk z Florida Institute of Technology

Jak odkryto ciemne błyskawice?

Cała nasza wiedza o ciemnych błyskawicach jest źródłem przypadku. W 2006 r. dwa niezależne satelity przeleciały 300 km od burzy elektrycznej nad Wenezuelą. Pierwszy był wyposażony w detektor optyczny, a drugi w detektor promieniowania gamma. Oba „coś” zarejestrowały – pierwszy wizualną obecność błyskawicy, a drugi poprzedzający ją impuls promieniowania gamma.

Czytaj też: To jeden z najstarszych opisów pioruna kulistego. Stał za nim angielski mnich

Dopiero siedem lat później, zespół naukowców z Uniwersytetu w Bergen pod kierownictwem Nikolaia Østgaarda opracował nowe algorytmy wyszukiwania do przetworzenia danych z drugiego satelity. W ten sposób odkryto, ze mikrowybuchdów promieniowania gamma tuż przed widoczną błyskawicą było znacznie więcej niż jeden.

Co więcej, podczas burzy odnotowano także emisję promieniowania radiowego. Wszystkie emisje połączono z jednym zdarzeniem i tak narodziła się hipoteza ciemnych błyskawic.

Czy ciemne błyskawice są groźne?

Promieniowanie gamma jest jednym z najniebezpieczniejszych rodzajów promieniowania. Jest to promieniowanie jonizujące, co oznacza, że może pobierać elektrony z atomów. Kiedy wniknie do komórek, rozbija wiązania w DNA, powodując uszkodzenia materiału genetycznego – mogą one doprowadzić np. do rozwoju nowotworów.

Klasyczne błyskawice uderzają w jednym miejscu, ale błyski promieniowania gamma rozprzestrzeniają się we wszystkich kierunkach. To akurat sprawia, że często rozpraszają się, zanim „uderzą” w człowieka. Badania wykazały, że tylko ludzie podczas podróży samolotem mogą być narażeni na emisję ciemnych błyskawic – i to nie zawsze. Dochodzi do tego, gdy samolot wleci w chmurę burzową. Na wysokości 12 km, przyjęta dawka promieniowania jest równoważna dawce uzyskanej podczas 10 zdjęć rentgenowskich klatki piersiowej. Ale jeszcze wyżej – na wysokości 16 km – w środku burzy, dawka promieniowania jest jeszcze większa i odpowiada tomografii komputerowej całego ciała.

TGF uchwycony przez satelitę Fermi

Jeżeli znajdziemy się sytuacji, że ciemna błyskawica faktycznie nas przeszyje, „wyczerpujemy” cały bezpieczny limit promieniowania jonizującego na rok. Oczywiście, trzeba pamiętać, że szanse na trafienie przez ciemną błyskawicę są statystycznie niewielkie i nie każda podróż samolotem w trakcie burzy skończy się takim doświadczeniem. Trzeba także pamiętać, że piloci świadomie unikają burz, bo te mogą być niebezpieczne dla samolotu.

Co więcej, nawet w przypadku ekspozycji na promieniowanie gamma, nic byśmy nie poczuli, chyba że akurat lecielibyśmy z detektorami promieniowania. Obecnie jednym z najważniejszych narzędzi wykorzystywanych do badania ciemnych błyskawic jest Atmosphere-Space Interactions Monitor znajdujący się na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) oraz Kosmiczny Teleskop Promieniowania Gamma Fermi.

TGF obserwowane w ostatnich latach podczas huraganów i burz tropikalnych sugerują, że ciemne błyskawice są coraz większym problemem skutków zmian klimatycznych. Pojawiają się niespodziewanie i znacznie częściej niż jeszcze dekadę temu.