Гамма-блискавка

Не плутати з гамма-спалахом.
Уявлення художника про гамма-блискавку.

Гамма-блискавка (англ. terrestrial gamma-ray flash, TGF), також відома як темна блискавка (англ. Dark lightning) — потужні короткотривалі спалахи гамма-випромінювання в атмосфері Землі. Гамма-блискавки були зареєстровані тривалістю від 0,2 до 3,5 мілісекунд та з енергією до 20 МеВ. Вони, ймовірно, виникають внаслідок потужних електричних полів, що утворюються в грозових хмарах. Були також виявлені високоенергетичні позитрони і електрони, що виникають, ймовірно, внаслідок явища народження електрон-позитронних пар гамма-квантами.[1][2]

Відкриття

Гамма-блискавки зі сторони Землі були вперше виявлені орбітальною гамма-обсерваторією «Комптон» в 1991 році під час експерименту BATSE (англ. Burst and Transient Source Experiment)[3]. Подальші дослідження в Стенфордському університеті в 1996 році пов'язали гамма-блискавки з окремими спалахами блискавок в атмосфері, відбувалися протягом декількох мілісекунд. BATSE виявив тільки невелику кількість гамма-блискавок, оскільки інструменти на супутнику було призначено для вивчення гамма-спалахів із глибокого космосу, які тривають набагато довше.

Новіший супутник RHESSI (англ. Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager) спостерігав гамма-блискавки з вищими енергіями, ніж ті, які спостерігалися в експерименті BATSE[4]. Спостерігалося приблизно 50 гамма-блискавок щодня: частіше, ніж вважалося раніше. Утім, це все одно складає дуже малу частку від загальної кількості звичайних блискавок на Землі (в середньому, 3-4 мільйони на добу). Однак реальна кількість гамма-блискавок може бути й більшою, якщо гамма-випромінювання таких блискавок є вузькоспрямованим, або якщо велика кількість гамма-блискавок утворюється на низьких висотах, і гамма-промені поглинаються в атмосфері, не доходячи до детекторів супутника на орбіті.

Фізична модель

Гамма-блискавки виникають над грозовими хмарами після потужних розрядів звичайної блискавки. Хоча детальної моделі явища ще не існує, складено певні уявлення про фізичні умови виникнення гамма-блискавки. Передбачається, що гамма-кванти випромінюються релятивістськими електронами (які рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла), котрі зіштовхуються з ядрами атомів у молекулах повітря та випромінюють гамма-кванти внаслідок гальмування. Велика кількість високоенергетичних електронів може утворюватися через лавиноподібне прискорення, обумовлене електричними полями. Це явище називають релятивістською електронною лавиною (англ. Relativistic runaway electron avalanche, RREA)[5][6]. Електричне поле, що потрібне для цього, забезпечують, найімовірніше, звичайні розряди блискавки, так як більшість гамма-блискавок спостерігається протягом кількох мілісекунд після звичайного розряду[7][8][9]. Подальші деталі основної фізичної картини явища ще нез'ясовані. Існують також альтернативні моделі явища, що відрізняються здебільшого деталями утворення релятивістських електронів в атмосфері. Роль гамма-блискавок та їх зв'язок зі звичайними блискавками залишається предметом сучасних наукових досліджень[джерело?].

Див. також

Примітки

  1. ↑ Palmer, Jason (11 January 2011). Antimatter caught streaming from thunderstorms on Earth. Science & Environment. BBC. Архів оригіналу за 12 січня 2011. Процитовано 3 травня 2013.
  2. ↑ Perrotto, Trent; Anderson, Janet (10 січня 2011). NASA's Fermi Catches Thunderstorms Hurling Antimatter Into Space (Пресреліз). NASA. Архів оригіналу за 21 січня 2019. Процитовано 3 травня 2013.
  3. ↑ GJ F., PN B., Mallozzi R et al. Discovery of intense gamma-ray flashes of atmospheric origin // Science / H. Thorp — Northern America: AAAS, 1994. — Vol. 264, Iss. 5163. — P. 1313–1316. — 4 p. — ISSN 0036-8075; 1095-9203 — doi:10.1126/SCIENCE.264.5163.1313
  4. ↑ Barrington-Leigh C. P. Terrestrial gamma-ray flashes observed up to 20 MeV. // Science / H. Thorp — Northern America: AAAS, 2005. — Vol. 307, Iss. 5712. — P. 1085–1088. — ISSN 0036-8075; 1095-9203 — doi:10.1126/SCIENCE.1107466
  5. ↑ A.V. Gurevich, G.M. Milikh, R. Roussel-Dupre Runaway electron mechanism of air breakdown and preconditioning during a thunderstorm // Physics Letters A — Elsevier BV, 1992. — Vol. 165, Iss. 5-6. — P. 463–468. — ISSN 0375-9601; 1873-2429 — doi:10.1016/0375-9601(92)90348-P
  6. ↑ Dwyer J. R. A fundamental limit on electric fields in air // Geophys. Res. Lett. / N. S. Diffenbaugh — AGU, 2003. — Vol. 30, Iss. 20. — ISSN 0094-8276; 1944-8007 — doi:10.1029/2003GL017781
  7. ↑ Cummer S. A. Measurements and implications of the relationship between lightning and terrestrial gamma ray flashes // Geophys. Res. Lett. / N. S. Diffenbaugh — AGU, 2005. — Vol. 32, Iss. 8. — ISSN 0094-8276; 1944-8007 — doi:10.1029/2005GL022778
  8. ↑ Inan U. S., Cohen M. B., Said R. K. et al. Terrestrial gamma ray flashes and lightning discharges // Geophys. Res. Lett. / N. S. Diffenbaugh — AGU, 2006. — Vol. 33, Iss. 18. — ISSN 0094-8276; 1944-8007 — doi:10.1029/2006GL027085
  9. ↑ Cohen M. B., Inan U. S., G. Fishman Terrestrial gamma ray flashes observed aboard the Compton Gamma Ray Observatory/Burst and Transient Source Experiment and ELF/VLF radio atmospherics // J. Geophys. Res. — AGU, 2006. — Vol. 111, Iss. D24. — ISSN 0148-0227; 2156-2202 — doi:10.1029/2005JD006987