كشف فريق من العلماء الدوليين عن نوع جديد من انبعاثات أشعة غاما من السحب الرعدية، مما يعزز فهمنا لديناميات العواصف وتشكيل البرق، وله آثار كبيرة على السلامة في مجالات الطيران والفضاء.
انبعاثات أشعة غاما من السحب الرعدية
تنتج السحب الرعدية ليس فقط المطر والبرق، بل أيضا أشعة غاما، بما في ذلك الومضات الجديدة المكتشفة التي تستمر من 50 إلى 200 مللي ثانية.
هذا الاكتشاف، الذي تم تحقيقه من خلال التعاون بين الباحثين الدوليين باستخدام منصات جوية تابعة لناسا، يمثل تقدما كبيرا في فهم الآليات وراء البرق وإشعاع السحب الرعدية. يمكن أن يُحسن ذلك تقديرات مخاطر البرق، وهو أمر حيوي للتدابير الأمنية المتعلقة بالناس والطائرات والمركبات الفضائية.
اكتشافات مثيرة للاهتمام
هناك المزيد حول السحب الرعدية غير المطر والبرق. بالإضافة إلى انبعاثات الضوء المرئي، يمكن للسحب الرعدية أن تنتج انفجارات شديدة من أشعة غاما، وهي أكثر أشكال الضوء طاقة، تستمر لجزء من المليون من الثانية. يمكن أن تتألق السحب أيضًا باستمرار بأشعة غاما لثوانٍ إلى دقائق في كل مرة.
قام الباحثون باستخدام منصات ناسا الجوية باكتشاف نوع جديد من انبعاثات أشعة غاما التي تتميز بمدة أقصر من الأضواء الثابتة وأطول من الانفجارات الصغيرة. أطلقوا عليها اسم "ومضة أشعة غاما الومضية". يملأ هذا الاكتشاف حلقة مفقودة في فهم العلماء لإشعاع السحب الرعدية ويقدم رؤى جديدة حول الآليات التي تنتج البرق. هذه الرؤى، بدورها، قد تؤدي إلى تقديرات أكثر دقة لمخاطر البرق على الناس والطائرات والمركبات الفضائية.
التعاون والبحث الرائد
قاد الباحثون من جامعة بيرغن في النرويج الدراسة بالتعاون مع علماء من مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لناسا في هنتسفيل، ألاباما، ومركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في غرينبيلت، ماريلاند، ومختبر الأبحاث البحرية الأمريكي، والعديد من الجامعات في الولايات المتحدة، والمكسيك، وكولومبيا، وأوروبا. تم وصف النتائج في ورقتين تم نشرهما في 2 أكتوبر في مجلة Nature.
تمكن الفريق البحثي الدولي من اكتشافهم أثناء تحليقهم ببطارية من أجهزة الكشف على متن طائرة البحث ER-2 التابعة لناسا. في يوليو 2023، انطلقت الطائرة ER-2 في سلسلة من 10 رحلات من قاعدة ماكديل الجوية في تامبا، فلوريدا. حلقت الطائرة في أنماط طيران على شكل رقم ثمانية على بعد بضعة أميال فوق السحب الرعدية الاستوائية في منطقة البحر الكاريبي وأمريكا الوسطى، مما وفّر رؤى غير مسبوقة لنشاط السحب.
تحمل طائرة ER-2 التي تحلق في ارتفاعات عالية أدوات رصد في هذه الصورة الفنية لمهمة ALOFT لرصد أشعة غاما من السحب الرعدية.
التقنيات والأدوات المبتكرة في العمل
كان الباحثون يأملون أن تراقب أدوات ALOFT انفجارات الإشعاع السريع المعروفة باسم "ومضات أشعة غاما الأرضية". تم اكتشاف هذه الومضات لأول مرة في عام 1992 بواسطة مركبة الفضاء كومبتون لراصد أشعة غاما التابعة لناسا، وترافق بعض ضربات البرق وتستمر فقط لجزء من المليون من الثانية. على الرغم من شدتها العالية وارتباطها بالبرق المرئي، لم يتم رصد عدد قليل من هذه الومضات خلال الدراسات السابقة القائمة على الطائرات.
اكتشافات مدهشة في بحث أشعة غاما
قال المحقق الرئيسي نيكولاي أوستغارد، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة بيرغن: "حضرت اجتماعا قبل حملة ALOFT، وسألوني: كم عدد ومضات أشعة غاما الأرضية التي ستراها؟ قلت: إما سنرى صفرا، أو سنرى الكثير." ثم حدث أننا رأينا 130 ومضة.
ومع ذلك، كانت ومضات أشعة غاما الومضية مفاجأة كاملة.
قال مارتيينو ماريسالدي، المحقق المشارك والذي أيضًا عالم فيزياء فلكية في جامعة بيرغن: "من شبه المستحيل اكتشافها من الفضاء، لكن عندما تطير على ارتفاع 20 كيلومترا [12.5 ميلا]، تكون قريبًا جدًا بحيث يمكنك رؤيتها." وجد الفريق البحثي أكثر من 25 من هذه الومضات الجديدة، والتي استمرت كل واحدة منها بين 50 إلى 200 مللي ثانية.
الآثار على علم الأرصاد الجوية والسلامة
يمكن أن تكون وفرة الانفجارات السريعة والاكتشافات الجديدة للومضات متوسطة المدة من أهم اكتشافات السحب الرعدية في عقد أو أكثر، كما قال عالم الفيزياء في جامعة نيو هامبشاير جوزيف دويير، الذي لم يشارك في البحث. "إنها تخبرنا شيئا عن كيفية عمل العواصف الرعدية، وهو أمر مهم جدًا لأن العواصف الرعدية تنتج البرق الذي يؤذي ويقتل الكثير من الناس."
بشكل أعم، أبدى دويير حماسه بشأن آفاق تقدم مجال علم الأرصاد الجوية. "أعتقد أن الجميع يفترض أننا فهمنا البرق منذ فترة طويلة، لكن هذا مجال مهمل... لا نفهم ما يحدث داخل تلك السحب فوق رؤوسنا." قد يوفر اكتشاف الومضات الومضية لأشعة غاما أدلة حاسمة يحتاجها العلماء لفهم ديناميات السحب الرعدية.
تعزيز البحث من خلال الدراسات القائمة على الطائرات
أدى التحول إلى الأدوات القائمة على الطائرات بدلاً من الأقمار الصناعية إلى ضمان الحصول على قيمة كبيرة مقابل تكاليف البحث، وفقا لقول عالم المشروع في الدراسة، تيموثي لانغ من مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لناسا في هنتسفيل، ألاباما.
قال: "إذا حصلنا على ومضة واحدة، كنا سنكون في قمة السعادة — وقد حصلنا على أكثر من 100." قد تؤدي هذه الأبحاث إلى تقدم كبير في فهمنا للعواصف الرعدية والإشعاع الناتج عنها. "هذا يُظهر أنه إذا كان لديك المشكلة المناسبة وأنت مستعد لتحمل القليل من المخاطر، يمكنك تحقيق عائد كبير."
