Blixtnedslag är ett unikt och fascinerande fenomen som har studerats i århundraden. Även om vi nu har en bättre förståelse för detta naturligt förekommande spektakel, många av dess hemligheter är ännu inte avslöjade.

I flera decennier, forskare har varit medvetna om att blixtnedslag åtföljs av gammablixtar, en typ av elektromagnetisk strålning. Dessa blixtar kan vara nedåtriktade (dvs riktade mot marken) eller uppåtvända (dvs riktade uppåt i rymden).

De flesta tidigare studier har observerat dessa blixtar från rymden, och har alltså i första hand fokuserat på uppåtriktade gammablixtar. I en spännande ny studie, ett forskarlag vid University of Tokyo och andra japanska universitet har undersökt de nedåtgående gammastrålningsutsläppen som sker under åskväder för allra första gången. Deras papper, publicerad i Fysiska granskningsbrev , bekräftar att nedåtriktade blixtar är desamma som riktade uppåt, och att de inte är skadliga för människor på jorden.

"Sedan 1990-talet, intensiva gammastrålningsemissioner som kallas terrestra gammastrålningsblixtar (TGF) har observerats av satelliter i omloppsbana som sammanfaller med blixtarladdningar, " Yuuki Wada, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "Medan de vanligtvis riktas från åskväder ut i rymden, några av dem, kallas nedåtgående TGF, gå till marken. Dock, det var svårt att mäta deras gammastrålningsflöden på marken eftersom nedåtgående TGF:er äger rum närmare gammastrålningsdetektorer och mättar dem."

I deras studie, Wada och hans kollegor studerade gammablixtar som inträffade den 24 november 2017 under ett kraftigt vinteråskväder. På det datumet, strålningsdetektorer installerade vid havsnivån vid kärnkraftverket Kashiwazaki-Kariwa i Japan upptäckte ett kraftigt utbrott av gammastrålar, som sammanföll med en kraftig blixtladdning. Genom att studera data som samlas in av dessa detektorer, forskarna samlade de allra första observationerna av blixtrelaterade TGF:er riktade mot marken.

"Vi använde två typer av strålningsdetektorer, " förklarade Wada. "Man har bättre timingupplösning och känslighet för gammastrålar, men kunde lätt mättas av höga flöden av nedåtgående TGF. Det används för att bekräfta förekomsten av nedåtgående TGF. Den andra är gasdosimetrar som drivs av Tokyo Electric Power Company Holdings. Dessa har mindre tidsupplösning än de förra, men tål mycket högre gammastrålningshastigheter."

Anmärkningsvärt, Wada och hans kollegor är de första som framgångsrikt mäter strålningsdoser på marken av nedåtriktade TGF. Dessutom, genom att mäta strålarna med flera gasdosimetrar, de uppnådde data av hög kvalitet vid flera observationspunkter.

Forskarna kunde fastställa noggrannheten i Monte-Carlo-simuleringar som de hade skapat, som var jämförbara med data av hög kvalitet. Detta gjorde det slutligen möjligt för dem att avslöja viktiga fysiska egenskaper hos nedåtriktade TGF:er, inklusive deras ursprung i åskmolnet.

"TGF tros härstamma från energiska elektroner som accelererar i blixtar, " sa Wada. "Men, den täta atmosfären på jorden hindrar elektroner från att få relativistisk energi. Vi är övertygade om att observationer av nedåtgående TGF kommer att spela en viktig roll för att hitta svar på denna fråga, eftersom de kan observeras av flera och närmare apparater på marken."

Observationerna som samlats in av Wada och hans kollegor har många intressanta implikationer. För det första, deras arbete bekräftar att nedåtgående TGF:er i sig är samma fenomen som uppåtgående TGF:er som tidigare observerats från rymden.

Deras resultat tyder också på att TGF är ganska säkra för människor på marken i området där ett åskväder äger rum. Å andra sidan, platsen i ett moln där TFG kommer från kanske inte är särskilt säker.

Förutom att bredda vår förståelse för gammastrålning som sker under åskväder, studien som genomfördes av detta team av forskare avslöjade några begränsningar för detektorer som vanligtvis används för att samla in data under åskväder. Detta skulle kunna informera utvecklingen av nya verktyg för att förbättra upptäckten, i slutändan leder till insamling av data av högre kvalitet med hjälp av strålningsmonitorer.

"Vår grupp bygger nu ett nytt strålningsövervakningsnätverk i staden Kanazawa i Japan, som är känd för kraftfulla och frekventa vinterblixtar, "Teru Enoto, en annan forskare involverad i studien, berättade för Phys.org. "Detta nätverk kommer att ge oss mycket fler högenergievenemang vid blixtnedslag, liknande denna händelse. Vi samarbetar också med medborgarsupportrar för att täcka ett större område med bärbara strålningsdetektorer. Vi är mycket glada över att avslöja blixtens mysterier via vår medborgarstödjande och öppen vetenskapsstrategi."

© 2019 Science X Network