بارش رادیواکتیو؟ هواپیمای جاسوسی سابق ناسا نشان می‌دهد که طوفان‌ها پرتوهای گاما منتشر می‌کنند
اگرچه محققان مدت‌ها است که می‌دانند طوفان‌ها ذرات پرانرژی تولید می‌کنند که معادل آنها در ابرنواخترها نیز تشخیص داده می‌شود، اما فرکانس و ماهیت این پدیده همچنان نامشخص بود.
پس از سال‌ها استفاده از تجهیزات نامناسب، دانشمندان بالاخره فرصت داشتند تا با پرواز یک هواپیمای جاسوسی نوسازی‌شده ناسا یو-2 از طوفان‌ها، این وقایع را از نزدیک مشاهده کنند. یافته‌های آنها نشان داد که طوفان‌ها خیلی بیشتر از آنچه که قبلاً تصور می‌شد پرتوهای گاما تولید می‌کنند و مکانیزم‌های پشت این تابش همچنان پر از سؤالات بی‌پاسخ است.
استیو کامر، یکی از نویسندگان دو مقاله‌ای که جزئیات این یافته‌ها را شرح داده‌اند، به Interesting Engineering گفت: “همیشه برایم شگفت‌انگیز بود که طوفان‌ها می‌توانند پرتوهای گاما با انرژی بالا، الکترون‌ها، حتی پادماده به شکل پوزیترون تولید کنند و حتی فرآیندهای هسته‌ای نیز تولید کنند.”
“آن وقایع کیهانی بسیار عظیم و پرانرژی هستند و درک آن دشوار است. و با این حال چیزی به عادی‌ای یک طوفان یکی از تنها فرآیندهای طبیعی شناخته شده در جهان است که انفجارهایی از ذرات با چنین انرژی بالایی تولید می‌کند.”
طوفان‌های تولیدکننده پرتو گاما
کامر گفت: “در طوفان‌ها خیلی بیشتر از آنچه که تصور می‌کردیم در جریان است. به نظر می‌رسد که اساساً همه طوفان‌های بزرگ تمام روز پرتوهای گاما را به شکل‌های مختلف تولید می‌کنند.”
فیزیک پایه‌ای طوفان‌هایی که پرتوهای گاما با انرژی بالا تولید می‌کنند قابل درک است. وقتی طوفان‌ها شکل می‌گیرند، بارهای مثبت در بالای طوفان تجمع می‌یابند در حالی که بارهای منفی در پایین انباشته می‌شوند و میدانی الکتریکی با قدرت معادل ۱۰۰ میلیون باتری AA ایجاد می‌کنند.
در چنین میدان قدرتمندی، الکترون‌ها شتاب می‌گیرند و با مولکول‌های هوا برخورد می‌کنند، که باعث واکنش زنجیره‌ای می‌شود که به تشکیل پرتوهای گاما با انرژی بالا، پادماده و تابش‌های دیگر می‌انجامد.
اما داستان به اینجا ختم نمی‌شود. هواپیماهایی که نزدیک طوفان‌ها پرواز می‌کردند یک تابش ضعیف و مداوم از پرتوهای گاما از ابرها تشخیص داده‌اند که نشان می‌دهد طوفان‌ها همچنین تابش سطح پایین تولید می‌کنند. با این حال، این تابش همیشه منجر به انفجارهای انفجاری مانند پرتوهای گامایی که از ماهواره‌ها مشاهده می‌شود نمی‌شوند، که بسیاری از سؤالات بیشتری را برای محققان به همراه دارد.
کامر گفت: “چند کمپین هوایی سعی کردند بفهمند آیا این پدیده‌ها شایع هستند یا نه، اما نتایج متناقضی داشتند و چندین کمپین در ایالات متحده هیچ گونه پرتو گامایی پیدا نکردند.” “این پروژه برای پاسخ دادن به این سؤالات یکبار برای همیشه طراحی شده بود.”
آیا این می‌تواند به منشا رعد و برق مرتبط باشد؟
تیم از هواپیمای ناسا‌ی ER-2 High-Altitude Airborne Science Aircraft، یک هواپیمای جاسوسی سرد دوران جنگ سرد، استفاده کرد که بالاتر از اکثر طوفان‌ها پرواز می‌کند. سرعت و ارتفاع آن آن را برای هدف‌گیری طوفان‌های خاص ایده‌آل ساخته بود.
در طول یک ماه، ER-2 ده پرواز بر فراز طوفان‌های بزرگ گرمسیری انجام داد که در نه مورد از آنها پرتوهای گاما مشاهده شد. تابش نه تنها بیشتر از حد انتظار بلکه دینامیک‌تر بود.
با توجه به اندازه طوفان‌های گرمسیری، که بزرگتر از طوفان‌های عرض‌های بالاتر هستند، این نشان می‌دهد که بیش از نیمی از طوفان‌های گرمسیری گاما تابش می‌کنند.
تیم همچنین انفجارهای کوتاه و شدید پرتوهای گاما از طوفان‌ها مشاهده کرده که شبیه به‌ها پور (همچنین جدول‌بندینوصف) ادامه داشته است. اجرای این روش یک خواسته قدیمی‌تر از ناسا بود که تابش‌هایی با میدان الکتریک قوی در جریان‌های ابر به ابر طوفان‌ها مشاهده شود.
حتی بیشتر جالب دو نوع از انفجارهای کوتاه پرتو گاما بود که قبلا هرگز دیده نشده بود. یکی از آنها کمتر از هزارم ثانیه طول می‌کشد در حالی که دیگری شامل حدود ده انفجار تکرارشونده در طول یک دهم ثانیه است.
“این دو نوع جدید از تابش‌های گاما چیزی هستند که من بیشتر از همه جالب می‌بینم” کامر گفت. “آنها به نظر نمی‌رسد که با توسعه رعد و برق‌های در حال شکل‌گیری ارتباط داشته باشند. آنها به نحوی خودجوش بوجود می‌آیند. در داده‌ها نشانه‌هایی وجود دارد که ممکن است واقعا با فرآیندهایی که آغاز رعد و برق ها را موجب می‌شوند، که هنوز برای دانشمندان رمز و راز هستند، مرتبط باشند.
برای کسانی که نگران تابش پرتوهای گاما هستند، کامر اطمینان می‌دهد که سطوح تابش تنها در صورتی مضر خواهد بود که کسی به منبع بسیار نزدیک باشد. در واقع، “یک نفر در خطر بیشتری از دینامیک دیگر طوفان‌ها مانند باد، توربولانس، رعد و برق، تگرگ، باران شدید و غیره قرار می‌گیرد تا هنگامی که نزدیک کافی به این تابش‌های گاما باشد تا به خطر بیافتد..
هنگام پرسش در مورد تاثیر بر تجهیزات بدون سرنشین، کامر گفت: “وجود تابش غیر ناچیز گاما در و بالاتر از طوفان‌ها برای مدت طولانی قطعا چیزی است که باید برای هر تجهیزاتی که نیاز به کار در آن محیط دارد در نظر گرفته شود.”
وی افزود: “گفتن این اینجا که بسیاری از موارد نیست که من می‌دانم در آن ارتفاعات کار کنند، صحیح است. اما قطعا خطر است که نیاز به مد نظر قرار دادن دارد اگر هرچیزی که قرار است در آن ارتفاعات کار کند”.
این مطالعه در Nature منتشر شده است.
