Za rewelacjami w tej sprawie stoją przedstawiciele Uniwersytetu w Osace. Wykorzystali w tym celu zaawansowany system obserwacyjny składający się z detektorów promieniowania, kamer o wysokiej szybkości rejestracji i czujników fal radiowych. Aparatura monitorowała burze nad japońskim miastem Kanazawa, gdzie udało się uchwycić wyjątkowo rzadkie zdarzenie w czasie rzeczywistym.
Czytaj też: Przełomowe odkrycie po największej burzy geomagnetycznej od dekad. Wokół Ziemi wiele się wydarzyło
Naukowcy zaobserwowali dwa rozwijające się kanały wyładowania. Jeden z nich schodził z chmury burzowej w kierunku ziemi, podczas gdy drugi wznosił się z wysokiej wieży nadawczej. Tuż przed ich połączeniem doszło do gwałtownego wzrostu natężenia pola elektrycznego. To właśnie w tym krótkim momencie elektrony znajdujące się w powietrzu rozpędziły się do prędkości bliskich prędkości światła, co doprowadziło do emisji potężnego impulsu promieniowania gamma.
Pierwsze fotony błysku gamma udało się zarejestrować zaledwie 31 mikrosekund przed zetknięciem się obu kanałów wyładowania. Całe zjawisko trwało około 20 mikrosekund po ich połączeniu, a więc znacznie krócej niż zajmuje mrugnięcie okiem. Te naziemne błyski gamma, określane skrótem TGF (ang. Terrestrial Gamma-ray Flash), należą do najbardziej energetycznych zjawisk występujących w atmosferze Ziemi. Dotychczas ich dokładny mechanizm powstawania pozostawał jednak przedmiotem naukowych sporów.
Autorzy badań podkreślają, że uzyskane dane stanowią pierwszy bezpośredni dowód wskazujący, iż kluczowym momentem prowadzącym do emisji promieniowania gamma jest właśnie zderzenie rozwijających się kanałów pioruna. W miejscu ich spotkania powstaje wyjątkowo silne pole elektryczne, które działa jak naturalny akcelerator cząstek. Rozpędzone elektrony emitują wysokoenergetyczne promieniowanie gamma, kojarzone dotychczas przede wszystkim z eksplozjami supernowych czy otoczeniem czarnych dziur.
W praktyce mówimy o kolejnym kroku w badaniach nad niezwykłymi procesami zachodzącymi podczas burz. Już kilka lat temu japońscy naukowcy wykazali, iż pioruny mogą wywoływać reakcje fotonuklearne w atmosferze. W ich trakcie wysokoenergetyczne promieniowanie gamma oddziałuje z atomami azotu i tlenu, prowadząc do powstawania neutronów, pozytonów czy krótkotrwałych izotopów promieniotwórczych. Nowe obserwacje potwierdzają, że burze potrafią generować ekstremalne energie, a dodatkowo pokazują, w jakich warunkach dochodzi do ich uwolnienia.
Czytaj też: Naukowcy odkryli ukryte wzorce poprzedzające wielkie trzęsienia ziemi. Co się dzieje przed kataklizmem?
Ale nie myślcie, że wiemy już wszystko. Nadal nie jest jasne, dlaczego tylko część wyładowań atmosferycznych prowadzi do powstania błysków gamma ani jakie warunki w chmurach burzowych decydują o pojawieniu się tego zjawiska. Zastosowana podczas eksperymentu kombinacja wielu różnych instrumentów obserwacyjnych pozwoliła jednak uzyskać najbardziej szczegółowy zapis tego procesu w historii badań. A jest o co walczyć, wszak lepsze zrozumienie ekstremalnych procesów zachodzących podczas burz może w przyszłości pomóc w projektowaniu skuteczniejszych systemów ochrony infrastruktury narażonej na wyładowania atmosferyczne, takich jak wysokie wieże, instalacje energetyczne czy obiekty lotnicze.
Źródło: Science Advances
