Ziemski błysk gamma
Ziemski błysk gamma, znany również jako atmosferyczny błysk gamma (ang. Terrestrial gamma-ray flash, TGF), to zjawisko, które polega na występowaniu krótkich, intensywnych rozbłysków promieniowania gamma w atmosferze Ziemi. Odkrycie tego zjawiska miało miejsce w 1994 roku, kiedy to naukowcy zauważyli korelację pomiędzy błyskami a aktywnością burzową. Zjawisko to związane jest z procesami zachodzącymi w chmurach burzowych i do dziś stanowi przedmiot intensywnych badań.
Historia odkrycia i obserwacji
W roku 1994 zespół badaczy analizujących dane z kosmicznego teleskopu Comptona dostrzegł krótkie i wysokoenergetyczne błyski promieniowania gamma pochodzące z atmosfery Ziemi. Odkrycie to było przełomowe, ponieważ wcześniej sądzono, że źródła promieniowania gamma są wyłącznie kosmiczne. Naukowcy zauważyli, że błyski te były skorelowane z burzami, co doprowadziło do hipotezy, że źródłem promieniowania mogą być elektrony rozpędzone w polu elektrycznym stworzonym przez chmurę burzową.
W 2002 roku na orbitę wystrzelono satelitę RHESSI (Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager), który był wyposażony w bardziej czułe detektory promieniowania gamma. Dzięki temu satelita ten zaobserwował znacznie więcej błysków niż pierwotnie zakładano, oszacowując ich liczbę na około 50 dziennie na całej powierzchni Ziemi. W 2009 roku dane z sondy AGILE potwierdziły wcześniejsze obserwacje i pozwoliły na dalsze badania nad kierunkiem ruchu fotonów.
Postępy technologiczne w obserwacji
W kolejnych latach rozwój technologii umożliwił coraz dokładniejsze badania zjawiska ziemskich błysków gamma. W grudniu 2009 roku teleskop Fermiego jako pierwszy zaobserwował pozytony związane z błyskiem, co potwierdziło teorie o powstawaniu tych błysków w procesie kreacji par przez wysokoenergetyczne fotony.
Własności błysków gamma
Ziemskie błyski gamma charakteryzują się bardzo krótkim czasem trwania, który wynosi od 0,2 do 3,5 milisekundy. Występują one czasem jako podwójne lub wielokrotne rozbłyski. Ich widmo energetyczne rozciąga się do 40 MeV i ma charakterystyczny kształt dla promieniowania hamowania elektronów o energiach od 20 do 50 MeV. Istotnym aspektem jest fakt, że promieniowanie to powstaje na znacznej wysokości, co oznacza, że niskoenergetyczne fotony nie zostałyby pochłonięte przez atmosferę przed dotarciem do detektorów.
Większość błysków obserwowana jest w związku z silnymi uderzeniami piorunów. Jednakże około 25% rozbłysków nie ma bezpośredniego związku z tymi wyładowaniami, co rodzi wiele pytań dotyczących ich mechanizmu powstawania. Zmiany w częstotliwości rejestracji błysków sugerują, że ich liczba może być znacznie wyższa niż dotychczas szacowano.
Mechanizm powstawania
Mechanizm powstawania ziemskich błysków gamma jest nadal przedmiotem badań i dyskusji wśród naukowców. Często wskazuje się na promieniowanie hamowania emitowane przez relatywistyczne elektrony, które są przyspieszane do wysokich energii przez pole elektryczne pomiędzy chmurą a jonosferą. Teoria lawiny relatywistycznych elektronów opisuje proces powstawania zwykłych błyskawic, ale nie wyjaśnia wszystkich aspektów związanych z TGFs.
Niejasność dotycząca mechanizmu przyspieszania elektronów prowadzi do różnych hipotez. Jedna z nich sugeruje, że impulsy elektromagnetyczne generowane przez powracające uderzenia piorunów mogą inicjować te procesy. Inna hipoteza zakłada, że elektrony mogą pochodzić bezpośrednio z samej błyskawicy podczas jej tworzenia.
Powiązanie z innymi zjawiskami
Badacze próbowali również połączyć TGFs z optycznym zjawiskiem blue jets – wyładowaniami skierowanymi w stronę jonosfery. Mimo pewnych podobieństw, nie wydaje się, aby te dwa zjawiska były ze sobą bezpośrednio powiązane.
Nowe i planowane misje badawcze
Zrozumienie ziemskich błysków gamma ma kluczowe znaczenie dla dalszego rozwoju nauki o atmosferze oraz dla bezpieczeństwa transportu lotniczego. Kosmiczny Teleskop Gamma Fermiego oraz planowane misje takie jak sonda Firefly mają na celu dokładniejsze badanie tych fenomenów.
Sonda Firefly będzie pierwszym satelitą skonstruowanym specjalnie do badań ziemskich rozbłysków gamma oraz ich związku z burzami. Jej misja ma na celu jednoczesne monitorowanie różnych typów promieniowania oraz elektrycznych impulsów związanych z aktywnością burzową.
Francuski projekt TARANIS
Podobny projekt TARANIS planowany jest na rok 2013 i będzie wyposażony w dodatkowe instrumenty takie jak fotometry czy czujniki pól elektrycznego i magnetycznego. Dzięki temu możliwe będzie uzyskanie bardziej kompleksowych danych dotyczących interakcji między atmosferą a promieniowaniem kosmicznym.
Znaczenie praktyczne badań
Badania nad ziemskimi błyskami gamma mają istotne znaczenie praktyczne. Obecność silnych strumieni cząstek naładowanych oraz promieniowania gamma może stanowić zagrożenie dla załóg samolotów przelatujących przez chmury burzowe lub nad nimi. Dlatego organizacje zajmujące się bezpieczeństwem lotnictwa są zainteresowane wynikami tych badań.
Dzięki lepszemu poznaniu mechanizmów rządzących tymi zjawiskami możliwe będzie opracowanie skuteczniejszych strategii ochrony przed ich potencjalnie szkodli
Artykuł sporządzony na podstawie: Wikipedia (PL).