Ten pojawił się tuż przed jednym z uderzeń pioruna. Wyniki badań pozwoliły uczonym na lepsze zrozumienie procesów zachodzących wewnątrz burz i pokazują, że ziemska atmosfera potrafi działać jak naturalny akcelerator cząstek. Przy okazji widzimy, jak wiele tajemnic może przed nami skrywać nasza własna planeta.
Czytaj też: Przełomowe odkrycie po największej burzy geomagnetycznej od dekad. Wokół Ziemi wiele się wydarzyło
Zapewne promieniowanie gamma kojarzy się wam przede wszystkim z najbardziej energetycznymi zjawiskami we wszechświecie, takimi jak eksplozje supernowych czy rozbłyski gamma. Jego krótkotrwałe impulsy mogą jednak powstawać również znacznie bliżej: w chmurach burzowych. Zjawiska te są znane jako ziemskie błyski gamma (TGF, ang. terrestrial gamma-ray flashes). Powstają w sytuacji, gdy bardzo silne pola elektryczne rozpędzają elektrony do ogromnych prędkości. Zderzając się z cząsteczkami powietrza, emitują one wysokoenergetyczne promieniowanie.
Przez wiele lat błyski gamma związane z burzami udawało się wykrywać głównie za pomocą satelitów obserwujących atmosferę z orbity. Dopiero rozwój naziemnych systemów pomiarowych pozwolił rejestrować impulsy skierowane ku powierzchni Ziemi. Jest to niezwykle trudne, ponieważ całe zjawisko trwa zaledwie milionowe części sekundy i wymaga jednoczesnej obserwacji zarówno samego wyładowania atmosferycznego, jak i emitowanego promieniowania.
Badanie z udziałem polskich naukowców dotyczyło ujemnego pioruna typu chmura-ziemia. Całe wyładowanie nie było pojedynczym błyskiem, lecz składało się z dziewięciu kolejnych uderzeń w trzech różnych punktach. Promieniowanie gamma pojawiło się tuż przed piątym uderzeniem, co czyni obserwację szczególnie interesującą. Co istotne, już wcześniejsze impulsy zdążyły utworzyć częściowo zjonizowany kanał przewodzący, którym mogły podążać kolejne wyładowania.
O ile wcześniej ziemskie błyski gamma najczęściej wiązano z początkową fazą rozwoju wyładowań lub pierwszym uderzeniem pioruna, tak w przypadku tego przełomowego eksperymentu wyszło na jaw, że wysokoenergetyczny impuls pojawił się podczas późniejszego etapu. Na tej podstawie można założyć, iż kolejne fazy wyładowania również mogą prowadzić do powstawania promieniowania gamma.
Platformę obserwacyjną stanowił Telescope Array Surface Detector w amerykańskim stanie Utah. Instalacja ta powstała z myślą o badaniu promieniowania kosmicznego, jednak okazała się również doskonałym narzędziem do obserwacji burz. Sam błysk gamma wykryło sześć sąsiednich detektorów. Trwał około 68 mikrosekund, a zarejestrowana energia wyniosła 1352 MeV. Równolegle pracowały także inne instrumenty monitorujące przebieg burzy. System mapowania wyładowań radiowych pozwolił odtworzyć rozwój pioruna w czasie i przestrzeni, interferometr radiowy określił kierunek nadchodzących impulsów, anteny mierzyły zmiany pola elektrycznego, a szybkie kamery rejestrowały obraz optyczny. Dzięki połączeniu danych z wielu urządzeń badacze mogli jednoznacznie powiązać emisję promieniowania gamma z konkretnym etapem rozwoju wyładowania.
