SAN FRANCISCO — Om du är tillräckligt nära ett åskväder kommer du att höra blixten spraka och dåna när den sträcker sig över himlen. Ändå erbjuder vissa stormar ett ännu mer fantastiskt spektakel – en typ av högenergifyrverkerier. Även om de är osynliga för det mänskliga ögat kan vissa kameror spionera på dessa ljusshower på hög höjd. Strålningen kan vara tillräckligt stark för att se på hundratals kilometers avstånd i yttre rymden. Och forskare har nu upptäckt nya data om källan och frekvensen av detta ovanliga fenomen.
Åskmoln kan släppa lös många typer av strålning. En typ är röntgenstrålar. Det är samma typ av strålning som läkare använder för att titta in i kroppen på jakt efter ett brutet ben, säg, eller bevis på cancer. En relaterad form, gammastrålning, kan vara hundratals gånger eller mer energisk än röntgenstrålning. De flesta gammastrålar kommer från solflammor, svarta hål eller stjärnors explosiva död. Men ibland släpper jordiska åskväder lös en monsterexplosion av gammastrålar.
Upptäckten av dessa markbundna gammablixtar – eller TGF – överraskade initialt forskarna. Rymdfarkoster som kretsade runt jorden upptäckte av misstag några av dessa blixtar på 1990-talet. Vid den tiden hade dessa satelliter letat efter gammastrålar från traditionella källor utanför solsystemet.
Video: NASA om markbundna gammablixtar
Det var “verkligen konstigt att ett åskväder – ett stort, pösigt moln – skulle avge gammastrålar”, minns Joseph Dwyer. Det är vad fysiker förväntade sig att astrofysiska objekt som svarta hål eller supernovor skulle avge, sa han till nyhetsreportrar den 15 december. Dwyer är rymdfysiker vid University of New Hampshire i Durham. Men han och andra presenterade nya data om jordiska källor till dessa gammastrålar här på höstmötet för American Geophysical Union.
Deras resultat kastar ljus över frekvensen och ursprunget för dessa högenergifyrverkerier. Och deras nya data kan ge ledtrådar till mer grundläggande frågor om stormar. Dessa inkluderar vad som händer djupt inne i åskmoln och till och med vad som utlöser blixtar i första hand.
Trädgårdssorter
TGF: er blinkar ungefär 1 100 gånger om dagen, enligt nya uppskattningar. Var och en varar bara en bråkdel av en millisekund. Men energin som frigörs i den korta blixten är enorm. Det är lika med kraften som behövs för att tända mer än 10 miljoner 100-watts glödlampor, konstaterar Dwyer.
Gammablixtar är faktiskt så stora och spektakulära att forskare hade antagit att bara vissa typer av åskväder kunde utlösa dem. Men på mötet visade forskare från University of Alabama i Huntsville data som verkar motbevisa detta.
De använde ett rymdteleskop för gammastrålning tillsammans med markbaserade blixtdetektorer. Med denna duo identifierade forskarna 24 kuståskväder som producerade TGF. Dessa stormar hade mullrat genom Florida, Louisiana, Texas, Puerto Rico och Guam. Med hjälp av väderradarer studerade forskarna egenskaperna hos varje storm när den utvecklades.
Överraskande nog verkade stormens intensitet inte spela någon roll. Alla typer av stormar gav upphov till TGF. Även åskväder så svaga att en väderprognos inte skulle titta två gånger på dem utlöste gammastrålar, rapporterade teamledaren Themis Chronis. Det verkar som att “hemligheten ligger någon annanstans”, avslutar han. Chronis är en atmosfärsforskare vid University of Alabama i Huntsville.
En annan spännande observation: Även om TGF härstammar från en mängd olika åskväder, kom alla från stormens högsta område. De kom från en höjd av 11 till 14 kilometer (7 till 9 miles).
Små TGF:er?
Kan TGF förekomma på lägre höjder men har undgått upptäckt av rymdteleskop? David Smith och hans medarbetare vid University of California, Santa Cruz, undersökte det.
Små gammablixtar är individuellt för svaga för att rymdteleskop ska kunna spela in. Fortfarande, resonerade forskarna, borde en analys som spårade tillräckligt många händelser kunna mäta deras kollektiva signal.
Så teamet använde detta tillvägagångssätt för att uppskatta det genomsnittliga antalet TGF:er som utlösts per blixt. Analyserna tyder nu på att “mindre än 1 procent av blixtnedslagen producerar TGF, även de som är för små för att se individuellt”, rapporterar Smith.
“När allt var sagt och gjort blev jag lite förvånad över att vi såg så få av dem”, sa han till Science News for Students.
Med tanke på att blixten slår ner cirka fyra miljoner gånger varje dag, även om bara 1 av 100 producerade gammastrålar, “är det fortfarande många TGFs”, konstaterar Dwyer. Ändå finns det fortfarande mycket som forskarna inte förstår om dessa utbrott och vad som genererar dem.
För att studera dem ordentligt, “vill du vara där handlingen är”, säger Dwyer. “Du vill upptäcka dem nära åskvädret – eller ännu bättre, i stormen.”
Flyger genom åskväder
Och det är precis vad ett annat forskarlag gjorde tidigare i våras.
“Vi tog ett flygplan – ett riktigt sådant – utrustade det med många olika sensorer och skickade det rakt in i ett åskväder”, rapporterade Pavlo Kochkin vid mötet. Kochkin har precis tagit sin doktorsexamen i elektroteknik vid Eindhoven University of Technology i Nederländerna.
I samarbete med det holländska nationella flyg- och rymdlaboratoriet utvecklade Kochkin och hans medarbetare ett speciellt övervakningssystem. De installerade den på en Airbus A380. Det är världens största passagerarplan. Systemet upptäckte blixtnedslag. Den bedömde också strejkens effekter på flygplanet när det mullrade genom himlen. Andra detektorer och sensorer ombord på detta plan mätte röntgenstrålar och gammastrålar.
Planets vågade besättning fick utstå mer än fem timmar av kraftig turbulens på en flygning när det styrde flygplanet från södra Frankrike till norra Italien. Tjugo blixtar slog ner i planet i detta första experiment i sitt slag. Ytterligare 42 bultar slog till under ytterligare fyra dagars stormig resa.
Airbus fångade inga TGF. Den här studien var dock den första som mätte röntgenstrålar i åskmoln – “i hjärtat av där de har sitt ursprung”, säger Kochkin.
Hade en TGF upptäckts under Airbus-studien skulle det ha hjälpt till att lösa en långvarig debatt om hur blixtarna uppstår, att se den så nära. Vissa forskare har föreslagit att TGF:er bara är en soppad version av de röntgenstrålar som genereras av blixten. En annan teori säger att TGF:er kanske inte har något att göra med en storms blixt. Så huruvida TGF relaterar till en storms röntgenstrålar är fortfarande en fråga om debatt.
“Vi förstår inte så väl hur åskväder och blixtar fungerar”, säger Dwyer. Det är därför att studera TGF “är ett sätt att undersöka vad som händer inne i åskvädret och vad som händer med blixten.”
Power Words
astrofysik
Ett område inom astronomi som handlar om att förstå den fysiska naturen hos stjärnor och andra föremål i rymden. Människor som arbetar inom detta område är kända som astrofysiker.
atmosfär
Höljet av gaser som omger jorden eller en annan planet.
svart hål
Ett område i rymden med ett gravitationsfält så intensivt att ingen materia eller strålning (inklusive ljus) kan komma ut.
cancer
Någon av mer än 100 olika sjukdomar, var och en kännetecknad av snabb, okontrollerad tillväxt av onormala celler. Utvecklingen och tillväxten av cancer, även känd som maligniteter, kan leda till tumörer, smärta och död.
gammastrålar
Högenergistrålning som ofta genereras av processer i och omkring exploderande stjärnor. Gammastrålar är den mest energirika formen av ljus.
geofysik
Studiet av materia och energi på jorden och hur de interagerar .
glödlampa
Den gammaldags ljustekniken som förlitade sig på ett glas Glödlampa. Elektricitet som passerade genom glödlampan värmde upp en trådliknande volframglödtråd, vilket fick den att lysa vitvarm. Thomas Edison kommersialiserade denna teknik 1879. Vid den tiden var tekniken redan cirka 50 år gammal. Glödlampor brukade lysa upp allt från små ficklampor till hela rum. Många regeringar har valt att förbjuda dessa glödlampor eftersom de slösar så mycket av sin energi som värme.
blixt
En ljusblixt som utlöses av urladdning av elektricitet som uppstår mellan moln eller mellan ett moln och något på jordens yta. Den elektriska strömmen kan orsaka en snabb uppvärmning av luften, vilket kan skapa en skarp åska.
millisecond
Tusendels sekund.
PhD
(även känd som doktorsexamen) En typ av avancerad examen som erbjuds av universitet – vanligtvis efter fem eller sex års studier – för arbete som skapar ny kunskap. Människor kvalificerar sig för att påbörja denna typ av forskarutbildning först efter att ha avslutat en högskoleexamen (ett program som vanligtvis tar fyra års studier).
fysiker
En vetenskapsman som studerar materiens och energins natur och egenskaper .
strålning
Energi, emitterad av en källa, som färdas genom rymden i vågor eller som rörliga subatomära partiklar. Exempel inkluderar synligt ljus, infraröd energi och mikrovågor.
solsystemet
De åtta stora planeterna och deras månar i omloppsbana runt solen, tillsammans med mindre kroppar i form av dvärgplaneter, asteroider, meteoroider och kometer.
stjärna
Den grundläggande byggstenen från vilken galaxer är gjorda. Stjärnor utvecklas när gravitationen pressar gasmoln. När de blir tillräckligt täta för att upprätthålla kärnfusionsreaktioner kommer stjärnor att avge ljus och ibland andra former av elektromagnetisk strålning. Solen är vår närmaste stjärna.
supernova
(plural: supernovor eller supernovor) En massiv stjärna som plötsligt ökar kraftigt i ljusstyrka på grund av en katastrofal explosion som skjuter ut det mesta av dess massa.
teleskop
Vanligtvis ett ljussamlande instrument som får avlägsna föremål att synas närmare genom användning av linser eller en kombination av böjda speglar och linser. Vissa samlar dock in radioemissioner (energi från en annan del av det elektromagnetiska spektrumet) genom ett nätverk av antenner.
terrestrial
Ett adjektiv för saker som hör till eller relaterar till jorden.
markbunden gammablixt
En kort skur av gammastrålar, en högenergityp av strålning, som kan produceras i jordens atmosfär (vanligtvis på grund av åskväder). När de är utrustade med rätt kameror eller strålningsdetektorer kan satelliter i låg omloppsbana om jorden spela in dessa flyktiga blixtar.
Röntgen
En typ av strålning som är analog med gammastrålning, men av något lägre energi.
Leave a Reply