Η στιγμή που δύο ηλεκτρικά ρεύματα συγκρούονται και σχηματίζουν μια αστραπή ή έναν κεραυνό καταγράφηκε για πρώτη φορά, αποκαλύπτοντας τον ρόλο που παίζει αυτή η διαδικασία στη δημιουργία ισχυρών ακτίνων γάμμα εδώ στη Γη.
Η παρατήρηση αυτή επιβεβαιώνει την υπόθεση ότι οι επίγειες εκλάμψεις ακτίνων γάμμα (terrestrial gamma-ray flashes ή TGF), που σχετίζονται με τις αστραπές είναι το αποτέλεσμα ενός ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου που επιταχύνει τα ηλεκτρόνια σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός, αναφέρει το Science Alert.
Σε παρατηρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στην πόλη Καναζάβα της επαρχίας Ισικάβα της Ιαπωνίας, μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον φυσικό Yuuki Wada του Πανεπιστημίου της Οσάκα χρησιμοποίησε ένα προηγμένο σύστημα πολλαπλών αισθητήρων για να καταγράψει σε αργή κίνηση την σύγκρουση κεραυνών σε πολλαπλά μήκη κύματος.
«Η δυνατότητα μελέτης ακραίων φαινομένων όπως οι TGF που προέρχονται από κεραυνούς μας επιτρέπει να κατανοήσουμε καλύτερα τις διαδικασίες υψηλής ενέργειας που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα της Γης», εξηγεί ο Wada.
Αν και η δημιουργία κεραυνών από τα σύννεφα προς το έδαφος είναι γρήγορη, δεν είναι στιγμιαία και απαιτεί έναν πρωτοπόρο κεραυνό που θα ανοίξει το δρόμο. Ο αέρας δεν είναι από τη φύση του 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 ο πρωτοπόρος κεραυνός, ο οποίος μπορεί να κατευθυνθεί προς τα κάτω από τα σύννεφα ή προς τα πάνω από το έδαφος.
Οι TGF θεωρούνται αποτέλεσμα της επιτάχυνσης των ηλεκτρονίων σε ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός σε ισχυρά ηλεκτρικά πεδία που δημιουργούνται από καταιγίδες. Όταν τα ηλεκτρόνια επιβραδύνονται ξαφνικά, εξαιτίας συγκρούσεων με ατομικούς πυρήνες στην ατμόσφαιρα, η απώλεια ενέργειας εκδηλώνεται ως ακτίνες γάμμα.
Από τους κεραυνούς στις ακτίνες γάμμα
Οι ερευνητές εγκατέστησαν μια επίγεια συσκευή για την παρακολούθηση των κεραυνών σε ραδιοφωνικά, οπτικά και υψηλής ενέργειας μήκη κύματος, ικανή να καταγράφει λεπτομέρειες σε κλίμακα μικροδευτερολέπτων.
Τα αποτελέσματά τους, που δημοσιεύονται στο περιοδικό Science Advances, έδειξαν ότι οι TGF δεν είναι ταυτόχρονες με τους κεραυνούς, αλλά προηγούνται. Ωστόσο, μιλάμε για απολύτως μικροσκοπικά χρονικά διαστήματα, και με γυμνό μάτι φαίνονται απολύτως ταυτόχρονες – μόνο με εξοπλισμό τελευταίας τεχνολογίας μπορούμε να δούμε την πραγματικότητα.
Η ομάδα παρατήρησε δύο κεραυνούς, τον έναν αρνητικά φορτισμένο που έπεφτε από ένα σύννεφο καταιγίδας προς έναν επίγειο πύργο τηλεόρασης, και τον άλλον θετικά φορτισμένο που ανέβαινε από τον πύργο.
Ο κεραυνός που μελετήθηκε για τη δημιουργία έκλαμψης ακτίνων γάμμα
Wada et al., Sci. Adv., 2025
Λίγο πριν συναντηθούν οι δύο αντίθετα φορτισμένοι πρωτοπόροι κεραυνοί, δημιουργήθηκε ένα πολύ συγκεντρωμένο ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ 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 έως 20 μικροδευτερόλεπτα μετά τη σύγκρουση των πρωτοπόρων και τη δημιουργία του κεραυνού.
Είναι η πρώτη φορά που οι επιστήμονες παρατηρούν και καταγράφουν αυτή τη διαδικασία, προσφέροντας νέες και εξαιρετικά λεπτομερείς πληροφορίες για τον τρόπο με τον οποίο οι καταιγίδες μπορούν να παράγουν αρκετή ενέργεια για να δημιουργήσουν ακτινοβολία γάμμα – την πιο ενεργητική μορφή φωτός στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα.
