Norske forskere med nytt funn: Oppsiktsvekkende radioaktivt fenomen i tordenskyer

1 month ago 19

Tordenvær kan være en voldsom opplevelse. Du kan både høre kraftige drønn og se blinkende lyn som henger igjen på netthinnen.

Men det skjer også mye du hverken kan se, høre eller oppfatte. Andre fenomener skjuler seg i tordenskyene, og vi har ikke sanseapparatet som skal til for å plukke de opp.

Det har lenge vært kjent at tordenvær kan sende ut gammastråler – lyspartikler med svært høy energi. Dette har vært målt med instrumenter på romstasjonen i mange år, og ble første gang oppdaget på 1990-tallet.

Dette er den mest energirike formen for elektromagnetisk stråling, og den sendes ut fra voldsomme fenomener, som for eksempel eksploderende stjerner, atombombe-eksplosjoner og gammaglimt fra rommet.

Og altså tordenvær.

Tropisk tordenvær skjuler langt flere krefter enn de vi kan se og høre når lynet slår ned.

Norske forskere kom tett på tordenskyene

Forskere universitet i Bergen har nå undersøkt digre, tordenstormer i tropene på en helt ny måte. Fra oversiden, men mye, mye nærmere enn fra rommet.

Denne illustrasjonen viser hvordan forskerne ser for seg at den usynlige gammastrålingen framstår i skyene.

– Siden flyet flyr i 20 kilometers høyde kommer vi så tett på at vi ser ting som var usynlige fra rommet, sier Nikolai Østgaard til forskning.no. Han er professor ved Insitutt for fysikk og teknologi ved Universitetet i Bergen.

De har funnet nye strålingsfenomener, som er mer langvarige enn tidligere antatt. Blant annet har de funnet gamma-stråling som bobler opp i skyene, vokser mange ganger i intensitet, og forsvinner lynraskt igjen – nettopp fordi dette kanskje henger tett sammen med lyn.

Forskerne beskriver det bokstavelig talt som «boblende gryter» av gammastråling, som du også kan se på illustrasjonen av flyet over skyene.

Ifølge de nye studiene varer denne gløden mye lengre og over et mye større område enn tidligere antatt.

– Skyene gløder med lavintens gammastråling. Vi tok målinger over en storm som boblet i tre timer, hele tiden mens vi målte, sier Østgaard.

Sammen med kollega Martino Marisaldi har de beskrevet helt nye målinger av hva som skjer inne i tordenskyer i tropiske strøk i to nye Nature-artikler.

Disse målingene er gjort ved hjelp av en variant av spionflyet U-2, kalt ER-2, som er drevet av NASA.

Dette flyet kan gå svært høyt, og har dermed tatt målinger høyt over store tordenskyer over Mexicogulfen og Florida som er mer enn 17 kilometer høye. Til sammenligning flyr et rutefly rundt 10.000 meter over havet.

100 ganger hyppigere enn antatt

Og kraftige og kortvarige glimt av gammastråling skjer mye oftere enn tidligere antatt, ifølge de nye studiene.

Tidligere kunne man anslå at det skjedde ett gammaglimt per 10.000 lyn, basert på målinger fra rommet, forteller Nikolai Østgaard.

Basert på de nye målingene skjer det minst hundre ganger hyppigere, og at kraftige gammaglimt er en vanlig del av tordenstormer.

– Det er noe av oppdagelsen. Dette er fenomener som man trodde var eksotiske og sjeldne.

Illustrasjonsbilde av ER-2-flyet, som altså er en variant av det berømte U-2-flyet. Her er det ikke i tropiske strøk.

Men det skjer kanskje for hvert tiende eller hvert hundrede lyn, altså flere størrelseordner oftere enn tidligere antatt, ifølge Østgaard.

Og dette er radioaktiv gammastråling, så det hadde ikke vært sunt å bli utsatt for mye av dette. Forskerne anslår at et slikt glimt tilsvarer et røntgenbilde av hele kroppen, men man må altså være i et fly over skyen for å bli eksponert for det.

Men hvordan kan slike tropiske tordenskyer lage gammastråling?

Som en partikkelakselerator

Inne i tordenskyer bygger det seg opp svært kraftige elektriske felt. Det er disse feltene som lades ut når det lyner.

Men disse elektriske feltene fungerer også som naturlige partikkelakselleratorer, elektroner som kommer inn i feltene får voldsom fart – opp mot lysets hastighet.

Elektronene smeller inn i vann, nitrogen og oksygen i skyene, og kollisjonene er så kraftige at de sender ut lyspartikler med så høy energi som er mulig: gammastråling.

Dette sprer seg gjennom skyen, og gir opphav til mer gammastråling – og gammastråling fra antimaterie som blir til og forsvinner på grunn av energiene i disse kollisjonene.

– Det er forventet at det lages antimaterie her, men det er fortsatt overraskende å se målingene, sier Østgaard.

– Like etter disse strålingstoppene observerte vi intens lynaktivitet, forteller en av forskerne bak studiene.

Strålingstopper etterfulgt av lyn

Den svært eksotiske antimaterien lages av mennesker i svært små mengder ved partikkelakselleratoren LHC ved CERN i Sveits, på grunn av de store energiene her. Du kan lese mer om den langvarige jakten på å finne ut hvordan tyngdekraft egentlig påvirker antimaterie på forskning.no.

Tidligere har det vært målt både glød av gammastråling fra tordenvær og kraftige, kortvarige gammastråling-episoder kalt jordiske gammaglimt.

De nye målingene avdekker altså sammenhenger og et mer tydelig bilde på hvor ofte og når disse glimtene kommer. Men først gløder gammastrålene med mye lavere intensitet i skyene.

– Det koker, og hver boble varer i omtrent fem til ti sekunder, sier Østgaard.

I disse boblene kan det komme svært intense strålingstopper, som er kortvarige. Noen av disse strålingstoppene kommer som pulserende blaff, et nylig beskrevet fenomen som forskerne kaller flickering gamma-ray flashes.

– Like etter disse strålingstoppene observerte vi intens lynaktivitet, forteller Østgaard.

Den nye forskningen går ikke inn på akkurat denne sammenhengen og hvilken rolle det spiller for akkurat hvordan lynet lages inne i skyene.

Usikkert om det også gjelder tordenskyer i Norge

Spørsmålet videre er om det slutter å gløde med stråling i det samme området hvor lynet har gått av, som så avløses av nye bobler inne i skyen som bygger seg opp med gammastråling.

– Lynet er jo en elektrisk utladning som reduserer det elektriske feltet, og da slutter det kanskje å gløde i dette området.

Østgaard forteller at dette er spørsmål som må utforskes på andre måter, potensielt ved hjelp av spesielle gamma-kameraer montert på NASA-flyet.

Han forteller at hypotesen er at disse boblene vil dukke opp forskjellige steder inne i skyene for så å forsvinne etter at lynet kommer, men de har foreløpig ikke noen målinger på hvor dette skjer i skyene – kun over tid.

Det er også usikkert hva som skjer i tordenskyer i vår del av verden. De tropiske stormene er mye større og høyere, så om det samme skjer i de langt mindre stormene her er usikkert, men det er heller ingen som har undersøkt det, sier Østgaard.

Han tror det kan skje her også, men da vil det kanskje være et sjeldnere fenomen.

Puslespillbrikke

Meterolog Alexander Skeltvedt ved Meterologisk institutt har tidligere spesialisert seg på lyn, og han er imponert av de nye studiene. Han har ikke deltatt i forskningen.

– Dette er en sammenhengende historie som man har jobbet for å avdekke i hvert fall i 20 år, sier han til forskning.no.

– Der man trodde dette var enkeltstående fenomen som var veldig sjeldent, så har man over tid klart å spore fenomenet.

Han trekker fram at dette er en veldig fint eksempel på hvordan modellering og teori så etterprøves med undersøkelser.

– Og nå har de funnet puslespillbrikken som syr sammen alle fenomenene.

Skeltvedt trekker også fram at man kan få enda bedre instrumenter på flyene for å avdekke mer av hva som foregår her.

– De snakker heller ikke så mye om produksjonsmekanismene, men dette kan være vanskelig å måle.

Den amerikanske fysikeren Joseph Dwyer ved universitetet i New Hampshire har skrevet en kommentar til forskningen i Nature. Han trekker fram at disse resultatene viser hvordan de forskjellige fenomene henger sammen, men også at dette kanskje har implikasjoner for hvordan lyn faktisk oppstår inne i skyene.

Referanser:

Østgaard mfl: Flickering gamma-ray flashes, the missing link between gamma glows and TGFs, Nature, 2024.

Marisaldi mfl: Highly dynamic gamma-ray emissions are common in tropical thunderclouds. Nature, 2024.