Földi felvillanások a Fermivel
(Rovat: Időjárás és előrejelzése - 2012.12.15 08:15.)

A NASA gamma-tartományban érzékeny űrtávcsövével a földi légkör villámtevékenysége során létrejövő rövid gamma-kitöréseket is eredményesen lehet vizsgálni.

Egy új adatfeldolgozási módszerrel nemrég sikerült mintegy tízszeresére növelni a Fermi fedélzetén repülő GBM (Gamma-ray Burst Monitor) műszer érzékenységét a földi gamma-felvillanásokra (terrestrial gamma-ray flashes, TGF). A Fermi egy elsősorban csillagászati célra épített műhold, ezért külön érdekesség, hogy jelentős tudományos eredményt sikerült elérni vele geofizikai területen is.

A Fermi által detektált földi eredetű gamma-felvillanások. (Videó: NASA / GSFC)

A TGF-ek erős, de csak ezredmásodperces idejű felvillanások. Ezek a legnagyobb energiájú elektromágneses jelek közé tartoznak, amelyek természetes úton a Földön keletkeznek. Azt már korábban is tudták, hogy létrejöttük közvetlenül kapcsolódik a légköri villámokhoz. (A villámlás túlnyomó részt a felhők között jön létre, ilyenkor a kisülések nem érik el a felszínt.) A mindeddig kevéssé értett részletek pontosítása során most kiderült, hogy a gamma-felvillanások nyomán alacsony frekvenciás rádiókitörések is keletkeznek.

Korábban a Fermi GBM műszerével csak olyan földi felvillanásokat detektáltak, amelyek elég fényesek voltak a műszer automatikus aktiválásához. (A berendezés eredeti célja a távoli világegyetemből érkező gamma-kitörések detektálása.) 2010 közepén az űrtávcső adataival dolgozó kutatócsoport egy új eljárást próbált ki, amelynek során akkor is letöltötték a fedélzetről nagyfelbontású gamma-adatokat, amikor a kitörés-detektáló rendszer nem jelzett automatikusan. Így sikerült számos olyan földi eredetű kitörést is lokalizálni, amelyek eddig észrevétlenek maradtak. A sikeren felbuzdulva november végétől a Fermi fedélzeti számítógépes programját úgy módosították, hogy már nem csak kísérletképpen, egyes pályaszakaszokon, de rutinszerűen mindig a Földre továbbítja ezeket az adatokat, további elemzésre.

A csoport 2008 és 2010 augusztusa között összesen 601 TGF-et jegyzett fel, ezek közül 409 halványabb felfedezése az új módszernek volt köszönhető. A rövid gamma-felvillanások adatbázisát azután összevetették a földi villámdetektáló megfigyelő-hálózatokból kapott adatokkal. A villámlás során nagyon alacsony frekvenciájú (VLF) rádióhullámok keletkeznek – aki hallgatott már hosszúhullámú rádióadást, annak feltűnhettek időnként az emiatt hallható „recsegő” impulzusok. A felszíni megfigyelő-állomások hálózata alkalmas arra, hogy a villámlások helyét kb. 20 km-es pontossággal behatárolja.

Az eddig is ismert volt, hogy a légköri gamma-felvillanásoknak és a rádiókitöréseknek valamilyen közük lehet egymáshoz. Azt gondolták, hogy a rádiójeleket kiváltó villámok (nagy feszültségű légköri elektromos kisülések) keltik a gamma-villanásokat is. A Fermi új adatai alapján úgy tűnik azonban, hogy a kapcsolat még közvetlenebb: a jelenségek lényegében egyidejűek, maga a gamma-felvillanás hozza létre a rádiókitörést. Emellett észleltek sokkal gyengébb rádiójeleket is, jellemzően ezredmásodpercekkel a gamma-jel előtt és után. Ezeket úgy értelmezik, hogy a felhők közötti villámoktól származnak, de nem közvetlenül kapcsolódnak a TGF-ekhez.

A Fermi 2008 májusában, a start előtt, még a földi szerelőcsarnokban. A megjelölt detektorok közt látható a GBM is. (Kép: NASA / Jim Grossmann)

A Fermivel gyűjtendő adatok és a sokkal jobb térbeli felbontást adó földi villámdetektor-hálózat mérései alapján a jövőben sikerülhet tisztázni, hogy pontosan honnan is erednek, hogy keletkeznek a légköri gamma-felvillanások, illetve milyen típusú zivatarok tehetők felelőssé a jelenségért. Az űrtávcső GBM műszerével persze még mindig csak a „jéghegy csúcsa”, a felvillanások legerősebbjei észlelhetők, illetve azok, amelyek egyáltalán a műhold látómezejébe kerülnek. A kutatók becslése szerint évente kb. 850 eseményt detektálnak majd, miközben a Földön naponta összesen mintegy 1100 légköri gamma-felvillanás keletkezhet.