В городе Канадзава, префектура Исикава, в центральной части Японии, Вада и его коллеги работают с местными школами и предприятиями над установкой радиационных мониторов на зданиях. Эти радиационные мониторы отсутствуют из-за некоторых опасений по поводу местных уровней радиации, хотя. Они образуют сеть, цель которой – обнаруживать радиацию, идущую с неба.
Некоторых это может удивить, но уже около 30 лет известно, что грозы могут приносить с собой гамма-активность.
"Навсегда люди видели молнии и слышали гром. Это были способы, которыми мы могли ощутить эту силу природы », – сказал Вада. "С открытием электромагнетизма ученые научились видеть молнии с помощью радиоприемников. Но теперь мы можем наблюдать молнии в гамма-лучах – ионизирующее излучение.
Это как иметь четыре глаза, чтобы изучать явления."
Существует два известных типа явлений гамма-излучения, связанных с грозовыми облаками: гамма-излучения, слабые излучения, которые длятся около минуты, и кратковременные земные гамма-вспышки (TGF), которые возникают как удары молнии и намного более интенсивны. чем гамма-лучи светятся.
Оба происходят в областях грозовых облаков, зажатых между слоями с разным зарядом. Заряженные области ускоряют электроны почти до скорости света. На этих скоростях, называемых релятивистскими, электроны, которые отклоняются очень близко к ядрам атомов азота в воздухе, немного замедляются и испускают характерные гамма-лучи.
Это называется тормозным излучением.
"Во время зимней грозы в Канадзаве наши мониторы зафиксировали одновременный TGF и удар молнии.
Это довольно часто, но что интересно, мы также видели гамма-свечение в той же области в одно и то же время », – продолжил Вада. "Кроме того, свечение внезапно исчезло, когда ударила молния. Мы можем окончательно сказать, что события тесно связаны между собой, и эта связь наблюдается впервые."
Механизм, лежащий в основе разряда молнии, пользуется большим спросом, и это исследование может предложить ранее неизвестные идеи. Вада и его команда намерены продолжить свое расследование, чтобы изучить возможность того, что гамма-свечение не просто предшествует ударам молнии, но может фактически вызывать их.
Уровни излучения гамма-вспышек довольно низкие, примерно в десять раз меньше уровня, который можно получить от обычного медицинского рентгеновского снимка.
«Наше открытие знаменует собой веху в исследованиях молний, и вскоре мы удвоим количество датчиков излучения с 23 до примерно 40 или 50.
С большим количеством датчиков мы могли бы значительно улучшить прогнозные модели ", – пояснил Вада. «Сейчас трудно сказать, но с достаточным количеством данных датчиков мы сможем предсказать удары молнии в течение примерно 10 минут после их возникновения и примерно в 2 километрах от того места, где они произошли. Я рад быть частью этого продолжающегося исследования."
Дальнейшие исследования, вероятно, все еще будут проводиться в Канадзаве, поскольку в этом районе редкие и идеальные метеорологические условия для такого рода работ. Большинство радиационных наблюдений во время штормов производится с воздушных или горных станций, поскольку грозовые облака обычно находятся очень высоко.
Но зимние штормы в Канадзаве приносят грозовые тучи на удивление близко к земле, что идеально подходит для изучения с помощью недорогих портативных мониторов, разработанных исследовательской группой.
Исследователи создали эти уникальные портативные радиационные мониторы, частично используя технологии космических спутниковых обсерваторий, предназначенные для астрофизических экспериментов. Это уместно, поскольку данные такого рода исследований могут быть полезны тем, кто занимается астрофизикой и, в частности, физикой Солнца в контексте ускорения частиц.
Но есть и более приземленное ответвление.
"Палеонтологи, изучающие жизнь за последние 50 000 лет или около того, используют метод, называемый датированием по углероду-14, чтобы определить возраст образца. Этот метод основан на знании уровней двух видов углерода: углерода-12 и углерода-14 », – сказал Вада. «Принято считать, что углерод-14 создается космическими лучами примерно с постоянной скоростью, отсюда и предсказательная сила этого метода. Но есть предположение, что грозы могут изменить соотношение углерода-12 к углероду-14, что может немного изменить точность или калибровку, необходимую для работы датирования углерода-14."
Вада и его коллеги продолжат раскрывать тайны молнии, одного из самых захватывающих и знаковых явлений природы. В рамках предстоящего совместного проекта во Франции будет запущен специальный спутник для всемирных наблюдений за молниями из космоса.