University of Tokyo doktorand Yuuki Wada med kollegor från Japan har upptäckt ett samband mellan blixtnedslag och två typer av gammastrålningsfenomen i åskmoln. Forskningen tyder på att under vissa förhållanden, svag gammastrålning från åskmoln kan föregå blixtnedslag och deras medföljande gammastrålningsblinkningar.

I staden Kanazawa, Ishikawa Prefecture, i centrala Japan, Wada och kollegor arbetar med lokala skolor och företag för att installera strålningsmonitorer på byggnader. Dessa strålningsmonitorer bildar ett nätverk för att upptäcka strålning från himlen. Förvånande, det har varit känt i cirka 30 år att åskväder kan medföra gammastrålningsaktivitet.

"Människor har alltid sett blixtnedslag och hört åska. Detta var sätten vi kunde uppleva denna naturkraft, "sa Wada." Med upptäckten av elektromagnetism, forskare lärde sig se blixtnedslag med radiomottagare. Men nu, vi kan observera blixtnedslag i gammastrålning - joniserande strålning. Det är som att ha fyra ögon för att studera fenomenen. "

Det finns två kända typer av gammastrålningsfenomen associerade med åskmoln:gammastrålar, svaga utsläpp som varar ungefär en minut, och kortlivade markbundna gammastrålblixter (TGF), som uppstår som blixtnedslag och är mycket intensivare än gammastrålglöd. Båda förekommer i åskmoln mellan olika lager med varierande laddning. De laddade regionerna accelererar elektroner till nära ljusets hastighet. Vid dessa relativistiska hastigheter, elektroner som strävar mycket nära kärnorna i kväveatomer i luften saktar ner något och avger en talande gammastråle. Detta kallas bremsstrahlungstrålning.

"Under en vinter åska i Kanazawa, våra bildskärmar upptäckte en samtidig TGF och blixtnedslag. Detta är ganska vanligt, men intressant, vi såg också en gammastrålning lysa i samma område samtidigt, "fortsatte Wada." Dessutom, glöden försvann plötsligt när blixten slog till. Vi kan slutgiltigt säga att händelserna är nära förbundna och det är första gången detta samband har observerats. "

Mekanismen bakom blixtnedslag är mycket eftertraktad, och denna forskning kan erbjuda tidigare okända insikter. Wada och team har för avsikt att gå vidare med sin undersökning för att undersöka möjligheten att gammastrålglöd inte bara föregår blixtnedslag, men kan faktiskt orsaka dem. Strålningsnivåerna för gammastrålningsblixtarna är ganska låga, ungefär en tiondel av nivån från en typisk medicinsk röntgen.

"Vårt fynd markerar en milstolpe inom blixtforskning, och vi kommer snart att fördubbla vårt antal strålningssensorer från 23 till cirka 40 eller 50. Med fler sensorer, vi skulle kunna förbättra förutsägbara modeller avsevärt, "förklarade Wada." Det är svårt att säga just nu, men med tillräckliga sensordata, vi kanske kan förutsäga blixtnedslag inom cirka 10 minuter efter att det inträffade, och inom cirka två kilometer från var de händer. Jag är glad över att få vara en del av denna pågående forskning. "

Ytterligare utredningar kommer sannolikt också att äga rum i Kanazawa, eftersom området har sällsynta och idealiska meteorologiska förhållanden för denna typ av arbete. De flesta strålningsobservationer i stormar kommer från luftburna eller bergbaserade stationer, eftersom åskmolnen i allmänhet är mycket högt uppe. Men vinterstormar i Kanazawa ger åskmoln överraskande nära marken, perfekt för studier med de billiga bärbara bildskärmarna som utvecklats av forskargruppen.

Forskarna skapade dessa unika bärbara strålningsmonitorer delvis med teknik som härrör från rymdbaserade satellitobservatorier avsedda för astrofysiska experiment. Detta är lämpligt, eftersom data från denna typ av forskning kan vara användbar för dem som forskar om astrofysik, och i synnerhet solfysik i samband med partikelacceleration. Men det finns en mer jordnära avläggare, också.

"Paleontologer som studerar livet från de senaste 50, 000 år eller så använder en teknik som kallas kol-14-datering för att bestämma ett provets ålder. Tekniken bygger på kunskap om halterna av två sorters kol, kol-12 och kol-14, "sa Wada." Det är vanligt att kol-14 skapas av kosmiska strålar i ungefär konstant takt, därav teknikens förutsägande kraft. Men det finns ett förslag åskväder kan ändra förhållandet mellan kol-12 och kol-14, vilket kan förändra noggrannheten eller kalibreringen som krävs för att kol-14-datering ska fungera. "

Wada och kollegor kommer att fortsätta packa upp blixtens mysterier, ett av naturens mest fängslande och ikoniska fenomen. Ett kommande samarbetsprojekt baserat i Frankrike kommer att lansera en dedikerad satellit för globala blixtobservationer från rymden.

Forskningen rapporteras i Kommunikationsfysik .