Fermi fanger gammaglimt fra tropiske storme

Omkring tusinde gange om dagen, tordenvejr affyrer flygtige udbrud af nogle af de lys med den højeste energi, der naturligt findes på Jorden. Disse begivenheder, kaldet terrestriske gammaglimt (TGF'er), varer mindre end et millisekund og producerer gammastråler med titusinder af millioner gange energi af synligt lys. Siden lanceringen i 2008 har NASAs Fermi Gamma-ray rumteleskop har registreret mere end 4, 000 TGF'er, hvilke forskere studerer for bedre at forstå, hvordan fænomenet relaterer til lynaktivitet, stormstyrke og stormes livscyklus.

Nu, for første gang, et team af NASA -forskere har analyseret snesevis af TGF'er, der blev lanceret af de største og stærkeste vejrsystemer på planeten:tropiske storme, orkaner og tyfoner. Et papir, der beskriver forskningen, blev offentliggjort 16. marts i Journal of Geophysical Research:Atmosfærer .

"Et resultat er en bekræftelse på, at stormintensitet alene ikke er nøglefaktoren for at producere TGF'er, "sagde Oliver Roberts, der ledede studiet på University College Dublin, Irland, og er nu på NASAs Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama. "Vi fandt, at der blev lavet et par TGF'er i de ydre regnbånd ved store storme, hundredvis af kilometer fra de kraftige øjenvægge i deres centre, og et svagt system, der affyrede flere TGF'er på en dag. "

Forskere formoder, at TGF'er opstår fra de stærke elektriske felter nær toppen af ​​tordenvejr. Under visse betingelser, disse felter bliver stærke nok til at drive en "lavine" af elektroner opad med næsten lysets hastighed. Når disse accelererede elektroner kører forbi luftmolekyler, deres stier afbøjes lidt. Denne ændring får elektronerne til at udsende gammastråler.

Fermis Gamma-ray Burst Monitor (GBM) registrerer TGF'er, der forekommer inden for cirka 800 miles (800 miles) fra placeringen direkte under rumfartøjet. I 2012, GBM -forskere anvendte nye teknikker, der effektivt opgraderede instrumentet, øge dens følsomhed og føre til en højere hastighed af TGF -detektioner.

Denne forbedrede opdagelsesrate hjalp GBM -teamet med at vise, at de fleste TGF'er også genererer en stærk puls af meget lavfrekvente radiobølger, signaler, der tidligere kun blev tilskrevet lyn. Faciliteter som Total Lightning Network, der drives af Earth Networks i Germantown, Maryland, og World Wide Lightning Location Network, et forskningssamarbejde drevet af University of Washington i Seattle, kan fastslå lyn- og TGF-producerede radioimpulser til inden for 10 km overalt på kloden.

"Kombination af TGF -data fra GBM med præcise positioner fra disse lyndetekteringsnetværk har åbnet vores evne til at forbinde udbrudene til individuelle storme og deres komponenter, "sagde medforfatter Michael Briggs, assisterende direktør for Center for Rumplasma og aeronomisk forskning ved University of Huntsville (UAH).

Holdet undersøgte 37 TGF'er i forbindelse med, blandt andre storme, tyfoner Nangka (2015) og Bolaven (2012), Orkanen Paula (2010), de tropiske storme 2013 Sonia og Emang og orkanen Manuel, og den forstyrrelse, der senere skulle blive orkanen Julio i 2014.

"I vores undersøgelse, Julio har rekorden for TGF'er, fyrer fire inden for 100 minutter den 3. august, 2014, en anden dagen efter, og derefter ikke mere for stormens liv, "Roberts sagde." Det meste af denne aktivitet fandt sted, da Julio hurtigt blev intensiveret til en tropisk depression, men længe før var det endda blevet en navngivet storm. "

Hvad forskerne hidtil har lært er, at TGF'er fra tropiske systemer ikke har egenskaber, der er målbart forskellige fra andre TGF'er, der er opdaget af Fermi. Svagere storme er i stand til at producere et større antal TGF'er, som kan opstå overalt i stormen. I mere udviklede systemer, som orkaner og tyfoner, TGF'er er mere almindelige i de yderste regnbånd, områder, der også er vært for de højeste lynhastigheder i disse storme.

De fleste af de tropiske storm -TGF'er opstod, da systemerne intensiveredes. Styrkelse af updrafts driver skyer højere ind i atmosfæren, hvor de kan generere kraftfulde elektriske felter, sætte scenen for intens lyn og for elektronskred, der menes at producere TGF'er.

TGF'er blev opdaget i 1992 af NASAs Compton Gamma-Ray Observatory, som fungerede indtil 2000.

Fermi Gamma-ray Space Telescope er et astrofysik- og partikelfysisk partnerskab forvaltet af NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Fermi blev udviklet i samarbejde med det amerikanske energiministerium, med vigtige bidrag fra akademiske institutioner og partnere i Frankrig, Tyskland, Italien, Japan, Sverige og USA.

GBM Instrument Operations Center er placeret på National Space Science Technology Center i Huntsville. GBM -teamet omfatter et samarbejde mellem forskere fra UAH, NASAs Marshall Space Flight Center, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics i Tyskland, University College Dublin i Irland og andre institutioner.