Under en period av snabb förstärkning den 23 augusti, 2012, Tyfonen Bolaven lanserade sin enda TGF från ett yttre regnband beläget nästan 490 miles (785 km) från stormens centrum (ungefär längst ned i mitten av hela bilden). Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) på NASA:s Terra-satellit fångade denna naturliga färgbild av Bolaven följande dag. Kredit:NASA Goddard Space Flight Center/Jeff Schmaltz, LANCE MODIS Rapid Response Team
Ungefär tusen gånger om dagen, åskväder avfyrar flyktiga utbrott av något av det högsta energiljuset som naturligt finns på jorden. Dessa händelser, så kallade terrestriska gammablixtar (TGFs), varar mindre än en millisekund och producerar gammastrålar med tiotals miljoner gånger energin från synligt ljus. Sedan lanseringen 2008, NASA:s Fermi Gamma-ray rymdteleskop har registrerat mer än 4, 000 TGF, vilka forskare studerar för att bättre förstå hur fenomenet relaterar till blixtaktivitet, stormstyrka och stormarnas livscykel.
Nu, för första gången, ett team av NASA-forskare har analyserat dussintals TGF som lanserats av de största och starkaste vädersystemen på planeten:tropiska stormar, orkaner och tyfoner. En artikel som beskriver forskningen publicerades den 16 mars i Journal of Geophysical Research:Atmospheres .
"Ett resultat är en bekräftelse på att stormintensiteten ensam inte är nyckelfaktorn för att producera TGF, " sa Oliver Roberts, som ledde studien vid University College Dublin, Irland, och är nu på NASAs Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama. "Vi fann att några TGF gjordes i de yttre regnbanden av stora stormar, hundratals kilometer från de kraftfulla ögonväggarna i deras centra, och ett svagt system som avfyrade flera TGF:er på en dag."
Forskare misstänker att TGF uppstår från de starka elektriska fälten nära toppen av åskväder. Under vissa förutsättningar, dessa fält blir tillräckligt starka för att driva en "lavin" av elektroner uppåt med nästan ljusets hastighet. När dessa accelererade elektroner rasar förbi luftmolekyler, deras vägar avböjs något. Denna förändring gör att elektronerna sänder ut gammastrålar.
Fermis Gamma-ray Burst Monitor (GBM) upptäcker TGF som uppstår inom cirka 800 kilometer från platsen direkt under rymdfarkosten. Under 2012, GBM-forskare använde nya tekniker som effektivt uppgraderade instrumentet, ökar dess känslighet och leder till en högre frekvens av TGF-detektioner.
Denna ökade upptäcktshastighet hjälpte GBM-teamet att visa att de flesta TGF:er också genererar en stark puls av mycket lågfrekventa radiovågor, signaler som tidigare endast tillskrivits blixtar. Faciliteter som Total Lightning Network som drivs av Earth Networks i Germantown, Maryland, och World Wide Lightning Location Network, ett forskningssamarbete som drivs av University of Washington i Seattle, kan lokalisera blixt- och TGF-producerade radiopulser inom 6 miles (10 km) var som helst på jordklotet.
"Att kombinera TGF-data från GBM med exakta positioner från dessa blixtdetekteringsnätverk har öppnat upp vår förmåga att koppla samman utbrotten till enskilda stormar och deras komponenter, " sa medförfattaren Michael Briggs, biträdande chef för Center for Space Plasma and Aeronomic Research vid University of Huntsville (UAH).
Teamet studerade 37 TGF associerade med, bland annat stormar, tyfonerna Nangka (2015) och Bolaven (2012), Orkanen Paula (2010), 2013 års tropiska stormar Sonia och Emang och orkanen Manuel, och störningen som senare skulle bli orkanen Julio 2014.
"I vår studie, Julio har rekordet för TGFs, skjuter av fyra inom 100 minuter den 3 augusti, 2014, en annan dagen efter, och sedan inte mer för stormens liv, "Sa Roberts. "Det mesta av denna aktivitet inträffade när Julio genomgick en snabb intensifiering till en tropisk depression, men långt innan det ens hade blivit en namngiven storm."
Vad forskarna har lärt sig hittills är att TGF från tropiska system inte har egenskaper som är mätbart annorlunda än andra TGF som upptäckts av Fermi. Svagare stormar kan producera ett större antal TGF, som kan uppstå var som helst i stormen. I mer utvecklade system, som orkaner och tyfoner, TGF är vanligare i de yttersta regnbanden, områden som också är värd för de högsta åskfrekvenserna i dessa stormar.
Detta fotografi, tagen i maj 2008 när Fermi Gamma-ray Space Telescope förbereddes för uppskjutning, belyser detektorerna för rymdfarkostens Gamma-ray Burst Monitor (GBM). En identisk uppsättning detektorer är monterad på motsatt sida av rymdfarkosten. GBM är en uppsättning av 14 kristalldetektorer designade för transienta gammastrålningsutbrott med lägre energi, såsom TGF:er. Kredit:NASA/Jim Grossmann
De flesta av den tropiska stormen TGF inträffade när systemen intensifierades. Förstärkande uppströmmar driver moln högre upp i atmosfären där de kan generera kraftfulla elektriska fält, satte scenen för intensiva blixtar och för elektronlaviner som tros producera TGF.
TGF upptäcktes 1992 av NASA:s Compton Gamma-Ray Observatory, som fungerade fram till 2000.
Fermi Gamma-ray Space Telescope är ett partnerskap för astrofysik och partikelfysik som förvaltas av NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Fermi utvecklades i samarbete med US Department of Energy, med viktiga bidrag från akademiska institutioner och partners i Frankrike, Tyskland, Italien, Japan, Sverige och USA.
GBM Instrument Operations Center ligger vid National Space Science Technology Center i Huntsville. GBM-teamet inkluderar ett samarbete mellan forskare från UAH, NASA:s Marshall Space Flight Center, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics i Tyskland, University College Dublin i Irland och andra institutioner.
