Η ίδια η στιγμή που δύο ηλεκτρικά ρεύματα συγκρούονται σχηματίζοντας έναν κεραυνό έχει καταγραφεί, αποκαλύπτοντας για πρώτη φορά τον ρόλο που παίζει αυτή η διαδικασία στη δημιουργία ισχυρών ακτίνων γάμμα εδώ στη Γη.

Η παρατήρηση επιβεβαιώνει την υπόθεση ότι οι επίγειες λάμψεις ακτίνων γάμμα, ή TGF, που σχετίζονται με τους κεραυνούς, είναι το αποτέλεσμα ενός ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου που επιταχύνει τα ηλεκτρόνια σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός.

Σε παρατηρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στην πόλη Καναζάβα, στην επαρχία Ισικάβα της Ιαπωνίας, μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον φυσικό Γιούκι Γουάντα του Πανεπιστημίου της Οσάκα χρησιμοποίησε μια πρωτοποριακή διάταξη πολλαπλών αισθητήρων για να καταγράψει τη σύγκρουση κεραυνών σε αργή κίνηση σε πολλαπλά μήκη κύματος.

«Η ικανότητα μελέτης ακραίων διεργασιών όπως οι TGF που προέρχονται από κεραυνούς μας επιτρέπει να κατανοήσουμε καλύτερα τις διεργασίες υψηλής ενέργειας που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα της Γης», εξηγεί ο Wada .

Αν και ο σχηματισμός κεραυνών από τα σύννεφα προς το έδαφος είναι γρήγορος , δεν είναι ακαριαίος και απαιτεί μια διαδρομή που πρέπει να καθαριστεί από έναν πρωτοπόρο κεραυνού. Ο αέρας δεν είναι εκ φύσεως πολύ αγώγιμος, αλλά η συσσώρευση φορτίου στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα της καταιγίδας μπορεί να δημιουργήσει ένα ιονισμένο κανάλι αέρα κατά μήκος του οποίου μπορούν να ρέουν ηλεκτρικά ρεύματα. Αυτός είναι ένας οδηγός κεραυνού και μπορεί να αναδυθεί προς τα κάτω από τα σύννεφα ή προς τα πάνω από το έδαφος.

Οι TGFs πιστεύεται ότι είναι το αποτέλεσμα της επιτάχυνσης των ηλεκτρονίων σε ταχύτητες σχεδόν φωτός σε ισχυρά ηλεκτρικά πεδία που δημιουργούνται από καταιγίδες.

Όταν τα ηλεκτρόνια επιβραδύνονται ξαφνικά, λόγω συγκρούσεων με ατομικούς πυρήνες στην ατμόσφαιρα, η απώλεια ενέργειας εκδηλώνεται ως ακτίνες γάμμα – μια μορφή ακτινοβολίας επιβράδυνσης γνωστή ως ακτινοβολία πέδησης .

Οι ερευνητές δημιούργησαν μια επίγεια συσκευή για την παρακολούθηση κεραυνών σε ραδιοφωνικά, οπτικά και υψηλής ενέργειας μήκη κύματος, ικανή να καταγράφει λεπτομέρειες σε χρονικές κλίμακες μικροδευτερολέπτων.

Είναι ενδιαφέρον ότι τα αποτελέσματά τους έδειξαν ότι οι TGF και οι κεραυνοί δεν συμβαίνουν ταυτόχρονα με τους TGF . Αντίθετα οι TGF προηγούνται του κεραυνού. Αλλά μιλάμε για απολύτως μικροσκοπικά χρονικά διαστήματα. Στα μάτια μας, φαίνονται ότι συμβαίνουν απολύτως ταυτόχρονα. Μόνο με εξοπλισμό τελευταίας τεχνολογίας μπορούμε να δούμε την πραγματικότητα.

Η ομάδα παρατήρησε δύο κεραυνούς, έναν αρνητικά φορτισμένο που κατέβαινε από ένα σύννεφο καταιγίδας σε έναν επίγειο πύργο τηλεόρασης, ενώ τον άλλο θετικά φορτισμένο που ανέβαινε προς τα πάνω από τον πύργο.

Λίγο πριν συναντηθούν οι δύο αντίθετα φορτισμένοι κεραυνοί, δημιουργήθηκε ένα εξαιρετικά συμπυκνωμένο ηλεκτρικό πεδίο ανάμεσά τους, στο οποίο τα ηλεκτρόνια επιταχύνθηκαν σε σχετικιστικές ταχύτητες.

Το πρώτο φωτόνιο ακτίνων γάμμα ανιχνεύθηκε μόλις 31 μικροδευτερόλεπτα – 31 εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου – πριν από τη σύγκρουση των ακτίνων. Η πλήρης έκλαμψη TGF διήρκεσε μέχρι 20 μικροδευτερόλεπτα μετά τη σύγκρουση των πρωτοπόρων και τη δημιουργία του κεραυνού.

Αυτή είναι η πρώτη φορά που οι επιστήμονες παρατηρούν και καταγράφουν αυτή τη διαδικασία, προσφέροντας νέα και εξαιρετικά λεπτομερή εικόνα για το πώς οι καταιγίδες με κεραυνούς μπορούν να παράγουν αρκετή ενέργεια για να δημιουργήσουν ακτινοβολία γάμμα – την πιο ενεργητική μορφή φωτός στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα.

«Οι παρατηρήσεις πολλαπλών αισθητήρων που πραγματοποιήθηκαν εδώ είναι παγκοσμίως πρωτότυπες», λέει ο φυσικός Χαρουφούμι Τσουτσίγια της Ιαπωνικής Υπηρεσίας Ατομικής Ενέργειας. «Αν και ορισμένα μυστήρια παραμένουν, αυτή η τεχνική μας έχει φέρει πιο κοντά στην κατανόηση του μηχανισμού αυτών των συναρπαστικών εκρήξεων ακτινοβολίας», καταλήγει το άρθρο του Sciencealert.

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Science Advances .