Ongeveer duizend keer per dag, onweersbuien vuren vluchtige uitbarstingen af ​​van het licht met de hoogste energie dat van nature op aarde wordt aangetroffen. Deze gebeurtenissen, terrestrische gammaflitsen (TGF's) genoemd, gaan minder dan een milliseconde mee en produceren gammastralen met tientallen miljoenen keren de energie van zichtbaar licht. Sinds de lancering in 2008 NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope heeft meer dan 4, 000 TGF's, die wetenschappers bestuderen om beter te begrijpen hoe het fenomeen zich verhoudt tot bliksemactiviteit, stormsterkte en de levenscyclus van stormen.

Nutsvoorzieningen, Voor de eerste keer, een team van NASA-wetenschappers heeft tientallen TGF's geanalyseerd die zijn gelanceerd door de grootste en sterkste weersystemen ter wereld:tropische stormen, orkanen en tyfoons. Een paper waarin het onderzoek wordt beschreven, werd op 16 maart gepubliceerd in de Journal of Geophysical Research:Atmosferen .

"Eén resultaat is een bevestiging dat stormintensiteit alleen niet de belangrijkste factor is voor het produceren van TGF's, " zei Oliver Roberts, die de studie leidde aan het University College Dublin, Ierland, en bevindt zich nu in NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama. "We ontdekten dat een paar TGF's werden gemaakt in de buitenste regenbanden van grote stormen, honderden kilometers verwijderd van de krachtige oogmuren in hun centrum, en één zwak systeem dat meerdere TGF's per dag afvuurde."

Wetenschappers vermoeden dat TGF's ontstaan ​​uit de sterke elektrische velden nabij de toppen van onweersbuien. Onder bepaalde omstandigheden, deze velden worden sterk genoeg om een ​​"lawine" van elektronen omhoog te drijven met bijna de lichtsnelheid. Wanneer deze versnelde elektronen langs luchtmoleculen racen, hun paden worden enigszins afgebogen. Deze verandering zorgt ervoor dat de elektronen gammastraling uitzenden.

Fermi's Gamma-ray Burst Monitor (GBM) detecteert TGF's die optreden binnen ongeveer 800 kilometer van de locatie direct onder het ruimtevaartuig. In 2012, GBM-wetenschappers gebruikten nieuwe technieken die het instrument effectief opwaardeerden, het verhogen van de gevoeligheid en leiden tot een hoger aantal TGF-detecties.

Deze verbeterde ontdekkingssnelheid hielp het GBM-team aan te tonen dat de meeste TGF's ook een sterke puls van zeer laagfrequente radiogolven genereren, signalen die voorheen alleen aan bliksem werden toegeschreven. Voorzieningen zoals het Total Lightning Network van Earth Networks in Germantown, Maryland, en het World Wide Lightning Location Network, een onderzoekssamenwerking van de Universiteit van Washington in Seattle, kan bliksem- en TGF-geproduceerde radiopulsen lokaliseren binnen een straal van 10 km, waar ook ter wereld.

"Het combineren van TGF-gegevens van GBM met precieze posities van deze bliksemdetectienetwerken heeft ons vermogen geopend om de uitbarstingen te verbinden met individuele stormen en hun componenten, " zei co-auteur Michael Briggs, adjunct-directeur van het Center for Space Plasma and Aeronomic Research aan de Universiteit van Huntsville (UAH).

Het team bestudeerde 37 TGF's geassocieerd met, onder andere stormen, tyfoons Nangka (2015) en Bolaven (2012), Orkaan Paula (2010), de tropische stormen Sonia en Emang van 2013 en de orkaan Manuel, en de verstoring die later orkaan Julio in 2014 zou worden.

"In onze studie Julio heeft het record voor TGF's, vier binnen 100 minuten afvuren op 3 augustus, 2014, een andere de dag erna, en dan niet meer voor het leven van de storm, "Zei Roberts. "De meeste van deze activiteit vond plaats toen Julio een snelle intensivering onderging tot een tropische depressie, maar lang voordat het zelfs een benoemde storm was geworden."

Wat de wetenschappers tot nu toe hebben geleerd, is dat TGF's uit tropische systemen geen eigenschappen hebben die meetbaar verschillen van andere TGF's die door Fermi zijn gedetecteerd. Zwakkere stormen kunnen grotere aantallen TGF's produceren, die overal in de storm kan ontstaan. In meer ontwikkelde systemen, zoals orkanen en tyfoons, TGF's komen vaker voor in de buitenste regenbanden, gebieden die ook de hoogste bliksemsnelheden hebben in deze stormen.

De meeste TGF's van tropische stormen traden op toen de systemen werden geïntensiveerd. Versterkende opwaartse stromingen drijven wolken hoger de atmosfeer in waar ze krachtige elektrische velden kunnen genereren, het toneel vormen voor intense bliksem en voor de elektronenlawines waarvan gedacht wordt dat ze TGF's produceren.

TGF's werden in 1992 ontdekt door NASA's Compton Gamma-Ray Observatory, die tot 2000 in bedrijf was.

De Fermi Gamma-ray Space Telescope is een samenwerking op het gebied van astrofysica en deeltjesfysica beheerd door NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Fermi is ontwikkeld in samenwerking met het Amerikaanse ministerie van Energie, met belangrijke bijdragen van academische instellingen en partners in Frankrijk, Duitsland, Italië, Japan, Zweden en de Verenigde Staten.

Het GBM Instrument Operations Center bevindt zich in het National Space Science Technology Center in Huntsville. Het GBM-team omvat een samenwerking van wetenschappers van UAH, NASA's Marshall Space Flight Center, het Max Planck Instituut voor Buitenaardse Fysica in Duitsland, University College Dublin in Ierland en andere instellingen.