Впервые ученые четко связали воедино два типа гамма-излучения в грозовых облаках, предполагая, что слабые вспышки гамма-излучения могут предшествовать вспышкам молнии в определенных условиях.
Эти два явления — это слабые излучения, называемые гамма-излучением, которые длятся около минуты, и гораздо более короткие и более интенсивные земные гамма-вспышки (TGF).
Оба, как известно, происходят внутри грозовых облаков, в зависимости от различных положительных и отрицательных электрических зарядов вокруг них, вызванных ускоряющими электронами. Но ученые никогда полностью не понимали, как два явления гамма-лучей работают вместе и их связь с молнией.
Теперь их наблюдали вместе с ударом молнии — открывающим совершенно новый уровень понимания, когда дело доходит до сумасшедшей физики, которая происходит внутри грозы.
«Во время зимней грозы в Канадзаве наши наблюдатели обнаружили одновременный TGF и удар молнии», — говорит астрофизик Юки Вада из Токийского университета в Японии. «Это довольно распространенное явление, но, что интересно, мы также видели гамма-излучение в той же области в одно и то же время».
«Кроме того, свечение внезапно исчезло, когда ударила молния. Мы можем окончательно сказать, что события тесно связаны, и это первый раз, когда эта связь наблюдается».
В то время как ученые десятилетиями знали, что гамма-излучение может сопровождать грозы, вызванные проходящими электронами, взаимодействующими с ядрами атомов азота, эти два типа событий были обнаружены вместе только один раз и имели менее убедительные показания.
Исследователи говорят, что в этот раз нет сомнений в том, что это первое «однозначное одновременное обнаружение» двух событий на уровне моря. Тем не менее, еще многое предстоит узнать о том, что именно происходит.
Новые результаты являются частью продолжающегося исследования, проведенного коллаборацией «Гамма-наблюдение зимних грозовых облаков» (Gamma-ray Observation of Winter Thunderclouds — GROWTH). Команда ученых работает с рядом мониторов, установленных в школах и других зданиях в городе Канадзава, префектура Исикава.
Благодаря тому, что грозовые тучи естественным образом опускаются на землю из-за рельефа местности, это идеальное место для изучения происходящего внутри них. Портативные мониторы имеют как сцинтилляционный кристалл для обнаружения ионизирующего излучения, так и две трубки фотоумножителя, которые могут превращать фотоны в электрический (и читаемый) сигнал.
Интересно, что исследователи говорят, что существует вероятность того, что гамма-излучение не просто предшествует ударам молнии, но фактически помогает их вызвать. Еще одна из многих загадок, которую предстоит решить, заключается в том, почему TGF происходят так редко вместе с ударами молнии, и что побуждает их происходить.
Дальнейшее изучение и установка большего количества датчиков излучения должны приблизить ученых к возможности ответить на эти вопросы, а также могут помочь метеорологам с большей точностью прогнозировать удары молнии.
«Имея больше датчиков, мы могли бы значительно улучшить прогнозные модели», — говорит Юки Вада. «Сейчас сложно сказать, но при наличии достаточных данных с датчиков мы сможем предсказать удары молнии примерно за 10 минут до их возникновения и в пределах двух километров от места их возникновения».