NASAのU-2偵察機は雷雨の90%にガンマ線を発見

雷雨は激しい風、雨、雷を発生させますが、もう 1 つの一般的な副産物であるガンマ線については、あまり知られていません。しかし、NASA の古い U-2 偵察機を独創的に改造したおかげで、研究者はついに、地球上で毎日発生する放射性エネルギーのマイクロ秒バーストを直接分析できるようになりました。現在、これらの最新の研究結果の一部は、10 月 3 日にNature誌に掲載された 2 つの新しい研究で公開されており、放射性嵐が常に発生していることを示しています。

1990年代、NASAの超新星やその他の高エネルギー宇宙天体の調査用に設計された衛星が、対象天体の真下でいくつかの特徴的な兆候を記録した際、専門家らが雷雨の中にガンマ線を偶然に検出した。それ以来、研究者らは、雷用に特別に調整されていないこれらの衛星や機器を使用して、できる限りの調査を行ってきた。

それでも、放射線発生の背後にあるメカニズムは徐々に明らかになってきました。雷雨が発達するにつれて、風に吹かれた水滴、氷、雹が混ざり合って、静電気のような電荷が発生します。プラスに帯電したイオンは嵐の上部に移動し、マイナスに帯電したイオンは下に移動します。専門家が単三電池 1 億個分の電力に匹敵する電界が形成されます。電子を含むエネルギーを帯びた粒子は、この新しく生成された電界内で加速し、多くの場合、空気分子から追加の電子を叩き落とすのに十分な速度になります。これらの相互作用は雪だるま式に大きくなり、最終的にはガンマ線、反物質、その他の放射線粒子のミリ秒単位の爆発を生成するのに十分なエネルギーを生み出します。

このガンマ線は非常に広範囲に及ぶため、パイロットは嵐の雲の中にかすかな光が見えるのを記録したこともあります。それにもかかわらず、未知の要因により爆発反応は起こらないようです。

「これらの現象が一般的かどうか調べるために航空機を使った調査が数回行われたが、結果はまちまちで、米国上空での数回の調査ではガンマ線は全く発見されなかった」と、デューク大学のウィリアム・H・ヤンガー工学部名誉教授で両研究の共著者であるスティーブ・カマー氏は水曜日の声明で述べた。

しかし、何年も回避策に頼った後、NASA は最近、カマー氏とその同僚に、現在 ER-2 高高度空中科学航空機と呼ばれる、強化された U-2 機の 1 機を提供した。時速 475 マイルで飛行しながら高度 72,000 フィートまで上昇できるこの冷戦時代のスパイ機は、ガンマ線放射の複数の雷雨を観測するために長距離を高速で移動するのに最適である。適切な観測ツールが装備されれば、カマー氏のような専門家は、NASA の ER-2 型が「これらの疑問に最終的に答えてくれる」ことを期待している。

その結果は彼自身と彼の同僚たちをも驚かせた。

「雷雨では、私たちが想像していたよりもはるかに多くのことが起こります」とカマー氏は説明する。「結局のところ、基本的にすべての大きな雷雨は、一日中、さまざまな形でガンマ線を生成しています。」

1か月にわたって、南フロリダの熱帯地方の嵐の上空で10回の飛行が実施され、そのうち9回では、研究者の仮説よりもはるかにダイナミックなガンマ放射線の輝く「沸騰」が含まれていました。

「パターンも動作も、巨大なガンマ線を発する沸騰する鍋に似ている」とベルゲン大学の物理学教授で研究の共著者でもあるマルティーノ・マリサルディ氏は水曜日に語った。

確認された目撃情報の多くは、30年以上前にNASAの衛星が初めて観測したものと一致しており、ほとんどの場合、活発な雷と連動していた。これは、雷がすでに電場にある高エネルギー電子をさらに過充電することでガンマ線発生の主な原因である可能性が高いことを示唆している。しかし、他の記録からはまったく新しい発見があった。

研究チームによると、雷雨では少なくとも 2 種類の短いガンマ バーストが発生する可能性がある。1 つは 1000 分の 1 秒未満で持続するものであり、もう 1 つは 10 分の 1 秒程度の間に約 10 個のバーストを形成するものである。カマー氏にとって、これらは「最も興味深い」発見である。

「ガンマバーストは稲妻の発生とは関係ないようです。何らかの形で自然発生的に発生します」と彼は述べ、データの一部はガンマバーストが稲妻の発生原因となる特定の雷雨プロセスと関連している可能性を示唆していると付け加えた。しかし、今のところ、これらのプロセスは「科学者にとってまだ謎です」と彼は述べた。

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これらや他の未解決の嵐現象に対する答えは、ガンマ線を帯びた嵐の上空を ER-2 がさらに飛行することで、いつか明らかになるかもしれない。それまでは、頭上高くでのガンマ放射線の「沸騰する鍋」の増殖を心配する必要はないとカマー氏は強調する。

「もしあなたがそこに（雷雨の中に）いたら、放射線はあなたにとって最小の問題になるでしょう」と彼は言った。