Obserwacje ziemskich błysków gamma za pomocą Teleskopu Fermi

0

Zespołowi obsługującemu Kosmiczny Teleskop Fermi udało się dziesięciokrotnie wzmocnić możliwości pokładowego instrumentu GBM, który wykorzystywany jest do wyłapywania tajemniczych, krótkich rozbłysków promieniowania gamma, pojawiających się w atmosferze ziemskiej na skutek aktywności burzowej.

Rozbłyski te, określane mianem ziemskich błysków gamma (TGFs – Terrestrial Gamma-ray Flashes), trwają bardzo krótko – raptem kilka tysięcznych sekundy (0,2 do 3,5 ms). Niemniej to wystarcza aby stwierdzić, iż mamy do czynienia z najbardziej energetyczną formą fal elektromagnetycznych, które generowane są w sposób naturalny na Ziemi. Modyfikacja działania instrumentu GBM (Gamma-ray Bust Monitor), osiągnięta poprzez poprawę procesów analizy danych oraz nowy tryb działania, pozwoliła naukowcom badającym zjawisko TGF powiązać je z równoczesną, silną emisją fal radiowych. Odkrycie to może zmienić sposób, w jaki postrzegamy ten słabo poznany fenomen natury.

Przed modernizacją instrument GBM wyłapywał tylko dostatecznie mocne rozbłyski gamma, pomijając wiele słabszych zjawisk tego typu. W połowie 2010 roku zespół badaczy rozpoczął testowanie trybu pracy instrumentu, który polegał na ciągłym zbieraniu danych. Wcześniej obserwacje były rozpoczynane po wystąpieniu względnie silnego zjawiska TGF. Rezultaty testów były tak spektakularne, iż 26 listopada 2012 roku dokonano wgrania poprawek do oprogramowania, dzięki czemu GBM zaczął prowadzić obserwacje w trybie ciągłym.

{youtube}4akst_opzkg{/youtube}
Materiał przedstawiający najnowsze dokonania za pomocą Teleskopu Fermi / Credits: youtube.com, SpaceFellowship

Zespół badaczy w przeciągu trzech lat (od sierpnia 2008 do sierpnia 2011 roku) zebrał dane dotyczące 601 zjawisk TGF, z czego 409 zostało zarejestrowanych dzięki nowym technikom obserwacji. Dane zostały następnie porównane przez naukowców do zestawienia zjawisk emisji fal radiowych z tego samego okresu.

Wyładowania w atmosferze generują fale radiowe o bardzo niskiej częstotliwości (VLF), słyszalne na nasłuchu radiowym w postaci trzasków. Projekt WWLLN (World Wide Lightning Location Network), prowadzony przez University of Washington, ma na celu rejestrację tych sygnałów radiowych, dzięki czemu możliwe jest określenie lokalizacji wyładowań na świecie z dokładnością do około 20 km.

Naukowcy wiedzieli od dawna, iż zjawiska TGFs są połączone z emisją fal radiowych VLF, jednak zakładano, iż sygnały radiowe wywoływane są przez błyskawice, które z kolei mogą być powiązane ze zjawiskiem ziemskich błysków gamma. W ostatnim czasie badacze zaczęli jednak podejrzewać, że słabsze emisje fal radiowych, występujące tysięczne sekundy przed lub po zajściu błysku gamma, powodowane są rzeczywiście przez wyładowania w chmurach, natomiast silne emisje fal radiowych, występujące symultanicznie ze zjawiskami TGFs, generowane są właśnie przez błyski gamma.

Generalnie mechanizm powstawania ziemskich błysków gamma nie jest jeszcze dobrze poznany. Badacze przypuszczają, iż zjawiska TGFs powstają w silnie naładowanych polach elektrycznych w górnych rejonach obszarów burzowych. W pewnych warunkach te pola są na tyle silne, iż dochodzi do ukierunkowanej ku górze, rozpędzonej do energii około 50 MeV lawiny elektronów. Na skutek ich oddziaływania z cząsteczkami gazów atmosferycznych dochodzi do emisji promieniowania gamma.

Nowością w badaniach jest odkrycie możliwości, iż lawiny elektronów odpowiedzialne za pojawienie się błysków gamma, powodują także emisję fal radiowych VLF. Założenie to otwiera nowe możliwości badań w postaci wykorzystania sieci detekcyjnej WWLLN. W porównaniu do Teleskopu Fermi sieć WWLLN zapewni znacznie dokładniejsze zlokalizowanie miejsc występowania zjawisk TGFs oraz identyfikację wiodących typów burz, które rodzą te zjawiska.

Obecne prognozy wskazują, iż przy wykorzystaniu nowych technik analizy danych oraz trybu ich rejestracji, możliwe będzie zaobserwowanie około 850 zjawisk TGFs każdego roku. Będzie to znaczny krok naprzód w badaniach, chociaż warto pamiętać, iż według najnowszych oszacowań na Ziemi codziennie dochodzi do 1100 rozbłysków gamma.

Opisane w tym artykule badania mają niemałe znaczenie, nie tylko z uwagi na lepsze poznanie zjawisk zachodzących w ziemskiej atmosferze. Wynikami badań zjawisk TGFs interesują się organizacje zajmujące się bezpieczeństwem ruchu lotniczego, z uwagi na fakt, iż samoloty często muszą przelatywać przez burze oraz obszary zlokalizowane nad nimi. Strumienie naładowanych cząstek oraz promieniowanie gamma mogą mieć wpływ na bezpieczeństwo przelatujących przez nie maszyn.

(NASA)

Share.

Comments are closed.