Mechanizm lawiny elektronowej rozwiązuje zagadkę
Zespół z Pennsylvania State University przedstawił przekonującą odpowiedź na pytanie o to, jak w ziemskiej atmosferze powstają błyski gamma. Kluczem okazał się proces przypominający lawinę. W chmurach burzowych, gdzie panują ekstremalne warunki elektryczne, elektrony przyspieszają do ogromnych prędkości. Gdy zderzają się z cząsteczkami azotu i tlenu, generują promieniowanie rentgenowskie, które z kolei wywołuje kolejne reakcje. Taka reakcja łańcuchowa wytwarza wysokoenergetyczne fotony, odpowiedzialne za powstawanie tajemniczych ziemskich błysków gamma. Badanie opublikowane w JGR Atmospheres szczegółowo opisuje ten mechanizm, łącząc obserwacje terenowe z zaawansowanymi modelami matematycznymi.
Czytaj też: Chmura popiołu zawisła nad Kamczatką. Wulkan przemówił po niemal pół tysiącu lat
Dlaczego niektóre błyski gamma występują bez towarzyszącego im światła czy fal radiowych? Naukowcy wyjaśniają to przez efekt fotoelektryczny. Wysokoenergetyczne promienie rentgenowskie generują elektrony, które w reakcji łańcuchowej szybko wzmacniają cały proces w niewielkiej przestrzeni. Jak dodają członkowie zespołu badawczego, ta reakcja łańcuchowa może występować z bardzo zmienną siłą, często prowadząc do pojawiania się wykrywalnych poziomów promieni rentgenowskich przy bardzo słabej emisji optycznej i radiowej. Właśnie dlatego niektóre źródła pozostają „ciche” dla tradycyjnych detektorów piorunów, stanowiąc wyzwanie dla badaczy przez lata.
Dopełnienie wcześniejszych badań i konsekwencje nowych ustaleń
Obecne odkrycie nie powstało w próżni. Dwa lata wcześniej ten sam zespół opracował Model Wyładowania z Fotoelektrycznym Sprzężeniem Zwrotnym, który stał się podstawą obecnej pracy. Równolegle naukowcy z Uniwersytetu w Osace prowadzili własne obserwacje, dokumentując precyzyjne momenty występowania emisji. Ich pomiary wykazały, że błyski gamma pojawiają się 31 mikrosekund przed połączeniem ścieżek wyładowania. Dokonane odkrycie ma znaczenie wykraczające poza czystą ciekawość naukową. Pioruny od miliardów lat kształtują atmosferę Ziemi, a niektóre teorie sugerują nawet ich udział w powstaniu życia. Choć trudno od razu przewidzieć praktyczne zastosowania, lepsze zrozumienie mechanizmów rozbłysków może w przyszłości poprawić prognozowanie groźnych zjawisk atmosferycznych.
Czytaj też: Trzęsienia ziemi napędzają ukryte ekosystemy. Chińscy naukowcy obalają fundamentalną teorię biologii
I choć badania wciąż znajdują się na wczesnym etapie, to pokazują potencjał połączenia modelowania matematycznego z precyzyjnymi obserwacjami w wyjaśnianiu nawet najbardziej złożonych procesów przyrodniczych. Rozwikłanie zagadki ziemskich błysków gamma to ważny krok w zrozumieniu fizyki atmosfery. Pokazuje, jak pozornie egzotyczne zjawiska mogą mieć swoje źródło w naszym najbliższym otoczeniu. Choć daleko nam jeszcze do pełnego opanowania sił natury, każde takie odkrycie przybliża nas do zrozumienia fundamentalnych procesów rządzących naszą planetą.