NASA's Fermi-missie brengt een diepere focus op gammastraling bij onweersbuien

Anonim

Elke dag produceren onweersbuien overal in de wereld ongeveer duizend snelle uitbarstingen van gammastraling, een deel van het meest energieke licht dat van nature op aarde voorkomt. Door records samen te voegen van gebeurtenissen die zijn waargenomen door de Fermi Gamma-ray Space Telescope van NASA met gegevens van op de grond gestationeerde radar- en bliksemdetectoren, hebben wetenschappers tot nu toe de meest gedetailleerde analyse uitgevoerd van de soorten onweersbuien.

"Opmerkelijk is dat we hebben ontdekt dat onweersbuien gammastralen kunnen produceren, zelfs die die zo zwak lijken dat een meteoroloog er niet twee keer naar zou kijken, " zei Themis Chronis, die het onderzoek leidde aan de Universiteit van Alabama in Huntsville (UAH) ).

Nieuw onderzoek waarbij Fermi-gegevens worden samengevoegd met informatie van op de grond gebaseerde radar- en bliksemnetwerken, toont aan dat terrestrische gammastralen afkomstig zijn van een onverwachte diversiteit aan stormen en mogelijk vaker voorkomen dan momenteel wordt gedacht.

Download video in HD-indelingen vanuit de Scientific Visualization Studio van NASA Goddard

De uitbarstingen, terrestrische gammaflitsen (TGF's) genoemd, werden in 1992 ontdekt door het Compton Gamma-Ray Observatory van de NASA, dat tot 2000 opereerde. TGF's komen onvoorspelbaar en vluchtig voor, met een duur van minder dan een duizendste van een seconde, en blijven slecht begrepen .

Eind 2012 hebben Fermi-wetenschappers nieuwe technieken gebruikt die de Gamma-ray Burst Monitor (GBM) van de satelliet effectief hebben geüpgraded, waardoor het 10 keer gevoeliger is voor TGF's en waardoor het zwakke gebeurtenissen kon registreren die eerder over het hoofd werden gezien.

"Als gevolg van onze verbeterde ontdekkingssnelheid konden we aantonen dat de meeste TGF's ook sterke uitbarstingen van radiogolven genereren, zoals die geproduceerd door bliksem, " zei Michael Briggs, adjunct-directeur van het Centrum voor Ruimteplasma en Aeronomisch Onderzoek bij UAH en een lid van het GBM-team.

Voorheen konden TGF-posities grof geschat worden op basis van de locatie van Fermi op het moment van het evenement. De GBM kan flitsen detecteren binnen ongeveer 800 kilometer, maar dit is te onnauwkeurig om een ​​TGF definitief te associëren met een specifieke storm.

Bliksemnetwerken op de grond maken gebruik van radiogegevens om stakingslocaties vast te leggen. De ontdekking van gelijkaardige signalen van TGF's betekende dat wetenschappers de netwerken konden gebruiken om te bepalen welke stormen gammastralingsflitsen produceren, wat de deur opent voor een dieper inzicht in de meteorologie die deze extreme gebeurtenissen aandrijft.

Chronis, Briggs en hun collega's doorzochten 2, 279 TGF's gedetecteerd door GBM van Fermi om een ​​steekproef te maken van bijna 900 gebeurtenissen nauwkeurig gelokaliseerd door het Total Lightning Network van Earth Networks in Germantown, Maryland, en het World Wide Lightning Location Network, een onderzoekssamenwerkingsserie door de Universiteit van Washington in Seattle. Deze systemen kunnen de locatie bepalen van bliksemontladingen - en de bijbehorende signalen van TGF's - tot op 6 mijl (10 km) overal ter wereld.

Uit deze groep identificeerde het team 24 TGF's die plaatsvonden in gebieden die worden bestreken door Next Generation Weather Radar (NEXRAD) -sites in Florida, Louisiana, Texas, Puerto Rico en Guam. Voor acht van deze stormen ontvingen de onderzoekers aanvullende informatie over atmosferische omstandigheden door middel van sensorgegevens verzameld door het Department of Atmospheric Science aan de University of Wyoming in Laramie.

"Alles bij elkaar is deze studie onze beste blik op TGF-producerende stormen en het toont overtuigend aan dat de stormintensiteit niet de sleutel is, " zei Chronis, die de bevindingen woensdag 17 december zal presenteren in een uitnodiging op de American Geophysical Union-bijeenkomst in San Francisco. Een paper met een beschrijving van het onderzoek is ingediend bij het Bulletin van de American Meteorological Society.

Wetenschappers vermoeden dat TGF's ontstaan ​​uit sterke elektrische velden in de buurt van onweersbuien. Updrafts en downdrafts binnen de stormen dwingen regen, sneeuw en ijs om te botsen en elektrische lading te verwerven. Gewoonlijk accumuleert de positieve lading in het bovenste deel van de storm en accumuleert de negatieve lading hieronder. Wanneer het elektrische veld van de storm zo sterk wordt, breekt het de isolerende eigenschappen van lucht af, treedt er een bliksemontlading op.

Onder de juiste omstandigheden verstoort het bovenste gedeelte van een bliksemflits van de onweersbui het elektrische veld van de storm op een zodanige manier dat een lawine van elektronen met hoge snelheid omhoog schiet. Wanneer deze snel bewegende elektronen afgebogen worden door luchtmoleculen, stralen ze gammastraling uit en creëren ze een TGF.

Ongeveer 75 procent van de bliksem blijft binnen de storm en ongeveer 2000 van deze intracloud-ontladingen treden op voor elke TGF Fermi-detectie.

De nieuwe studie bevestigt eerdere bevindingen die aangeven dat TGF's zich meestal voordoen bij de hoogste delen van een onweersbui, tussen ongeveer 7 en 9 mijl (11 tot 14 kilometer) hoog. "We vermoeden dat dit niet het volledige verhaal is, " legde Briggs uit. "Bliksem komt vaak voor op lagere hoogten en TGF's waarschijnlijk ook, maar reizen door de grotere diepte van de lucht verzwakt de gammastraling zo erg dat de GBM ze niet kan detecteren."

Op basis van de huidige Fermi-statistieken schatten wetenschappers dat ongeveer 1.100 TGF's elke dag voorkomen, maar het aantal kan veel hoger zijn als hoogtemeters worden gemist.

Hoewel het te vroeg is om conclusies te trekken, merkt Chronis op, zijn er enkele aanwijzingen dat gammaflitsen de voorkeur geven aan stormgebieden waar opwaartse stromingen zijn verzwakt en de ouder wordende storm minder georganiseerd is geworden. "Een deel van ons lopende onderzoek is het volgen van deze stormen met NEXRAD-radar om te bepalen of we TGF's kunnen relateren aan de onweersbui-levenscyclus, " zei hij.

Gerelateerde Links

  • Download video in HD-indelingen vanuit de Scientific Visualization Studio van NASA Goddard
  • Fermi verbetert zijn visie op onweersbuien-gammastralen (12.06.2012)
  • Fermi van NASA vangen onweersbuien op Antibioticagroei in de ruimte (01.10.2011)
menu
menu