ارتباط صاعقه با پرتو گامای ایجاد شده در ابر

طوفان رعد و برق (تصویر آرشیوی)
اعتبار: © stnazkul / Adobe Stock
 

دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه توکیو یوکی وادا با همکارانش از ژاپن ارتباطی میان ضربه های رعد و برق و دو نوع پدیده پرتو گاما در ابرهای تُندری کشف کرده اند. این تحقیق نشان می دهد که در شرایطی معین، تابش های پرتو گامای ضعیف از ابرهای تندری ممکن است مقدم شود بر صاعقه ها و درخشش های پرتو گامای همراه آنها.
 
در شهر کانازاوا، استان ایشیکاوا، در ژاپن مرکزی، وادا و همکارانش با مدارس محلی و کسب و کارهای محلی برای نصب مانیتورهای تابش روی ساختمان ها کار می کنند، هرچند این مانیتورهای تابش به خاطر نگرانی‌ای در مورد سطح تابش محلی در آنجا وجود ندارند. آنها یک شبکه را تشکیل می دهند که هدف آن تشخیص تابشِ آمده از آسمان است. وجود آنها ممکن است برخی را شگفت زده کند، اما حدود 30 سال است که دانسته شده است که توفان های تندری می توانند فعالیت های پرتو گاما را به همراه داشته باشند.
 
وادا گفت: " همیشه مردم آذرخش را دیده‌اند و تندر را شنیده‌اند. این ها راه هایی بود که ما می توانستیم این قدرت طبیعت را تجربه کنیم. با کشف الکترومغناطیس، دانشمندان آموخته اند که آذرخش را با گیرنده های رادیویی ببینند. اما اکنون ما می توانیم رعد و برق در اشعه های گاما - تابش یونیزه کننده - مشاهده کنیم. مانند این است که چهار چشم برای مطالعه این پدیده ها داشته باشیم. "
 
دو نوع شناخته شده از پدیده های پرتو گاما وابسته به ابرهای تندری وجود دارد: تابش های پرتو گاما، که انتشارهای ضعیفی هستند که در حدود یک دقیقه طول می کشند، و فلاش های پرتو گامای خشکی کوتاه مدت (TGFs)، که به صورت ضربه های رعد و برق رخ می دهند و بسیار شدیدتر از تابش های پرتو گاما هستند. با داده های کافی سنسور، ما ممکن است بتوانیم ضربه های رعد و برق در حدود 10 دقیقه قبل از زمان وقوع آن و در حدود 2 کیلومتر از جایی که اتفاق می افتد پیش بینی کنیم. هر دو در مناطقی از ابرهای تندری رخ می دهند که بین لایه های دارای بارهای متغیر قرار دارند. نواحی باردار، الکترون ها را تا نزدیک به سرعت نور شتاب می دهند. در این سرعت ها، که به عنوان سرعت های نسبیتی به آنها ارجاع می شود، الکترون هایی که در نزدیکی بسیار به هسته های اتم های نیتروژن در هوا پراکنده هستند، کمی آهسته می شوند و یک پرتو گامای خبرآور ساطع می کنند. این، تابشِ برمسترالونگ خوانده می شود.
 
وادا ادامه داد: "در طول یک توفان تندری زمستانی در کانازاوا، مانیتورهای ما یک TGF همزمان و ضربه صاعقه را آشکارسازی کردند. این نسبتا رایج است، اما جالب اینجاست که ما همچنین یک تابش پرتو گاما را در همان منطقه در همان زمان دیدیم." "علاوه بر این، تابش به طور ناگهانی، هنگامی که رعد و برق زد، ناپدید شد. ما می توانیم به طور قطعی بگوییم که این حوادث به طور معنی داری به هم وصلند و این اولین بار است که این ارتباط مشاهده شده است."
 
مکانیزمی که باعث تخلیه رعد و برق می شود، بسیار جستجو شده است و این تحقیق ممکن است بینش های ناشناخته پیشین را ارائه دهد. وادا و تیم قصد دارند تحقیقات خود را پیش ببرند تا امکان این را کاوش کنند که تابش های پرتو گاما تنها مقدم بر ضربه های رعد و برق نمی شوند، بلکه ممکن است در واقع باعث آنها شوند. سطوح تابش درخشش های پرتو گاما کاملاً پایین است، تقریبا یک دهم سطحی که ممکن است فردی از یک اشعه ایکس پزشکی معمولی دریافت کند.
 
وادا توضیح می دهد: "یافته های ما یک نقطه عطف در تحقیقات رعد و برق است و ما به زودی تعداد سنسورهای تابش را تقریبا دو برابر می کنیم و از 23 به 40 یا 50 می رسانیم. با استفاده از سنسورهای بیشتر، ما می توانیم مدل های پیشگویانه را بسیار بهبود دهیم." "اکنون دشوار است بگوییم، اما با داده های کافی سنسور، ما ممکن است بتوانیم ضربه های رعد و برق در حدود 10 دقیقه قبل از زمان وقوع آن و در حدود 2 کیلومتر از جایی که اتفاق می افتد پیش بینی کنیم. من هیجان زده هستم که بخشی از این تحقیقاتِ در حال انجام هستم."
 
احتمالاً هنوز تحقیقات بیشتری در کانازوا صورت می گیرد، زیرا این منطقه شرایط جوی نادر و ایده آل برای این نوع کار را دارد. اغلب مشاهدات تابش در توفان ها از ایستگاه های مستقر در هوا و یا کوه می آیند، چرا که ابرهای تندری معمولا بسیار بالا هستند. اما توفان های زمستانی در کانازاوا ابرهای تندری را به نحو شگفت آوری به نزدیکی سطح زمین می آورند، که ایده آلند برای مطالعه با مانیتورهای کم هزینه‌ی قابل حملِ توسعه یافته توسط تیم تحقیقاتی.
 
محققان، این مانیتورهای تابش قابل حمل منحصر به فرد را در مشارکت با تکنولوژی اقتباس شده از رصدخانه های ماهواره ای فضایی طراحی شده برای آزمایش های فیزیک نجومی، ایجاد کردند. این مناسب است، زیرا داده های این نوع تحقیقات می تواند مفید باشد برای کسانی که تحقیقات فیزیک نجومی و به ویژه فیزیک خورشیدی در زمینه شتاب ذرات دارند. اما یک اشتقاق نزدیک تر به زمین نیز وجود دارد.
 
وادا گفت: "دیرین شناسانی که زندگی از حدود 50000 سال گذشته را مطالعه می کنند از تکنیکی به نام تاریخ نگاری کربن-14 برای تعیین سن نمونه ها استفاده می کنند. این تکنیک، متکی به دانش سطوح دو نوع کربن است، کربن 12 و کربن -14." "کربن 14 به طور معمول تصور می شود که توسط اشعه های کیهانی در یک نرخ تقریبا ثابت تولید می شود و از این رو قدرت پیش بینی کننده این تکنیک است. اما پیشنهادی وجود دارد که توفان های تندری ممکن است نسبت کربن 12 به کربن 14 را تغییر دهند که ممکن است کمی دقت کالیبراسیون لازم برای کار کردن تاریخ نگاری کربن 14 را تغییر دهد."
 
منبع: دانشگاه توکیو