Circa mille volte al giorno, i temporali sparano esplosioni fugaci di alcune delle luci a più alta energia che si trovano naturalmente sulla Terra. Questi eventi, chiamati lampi di raggi gamma terrestri (TGF), durano meno di un millisecondo e producono raggi gamma con decine di milioni di volte l'energia della luce visibile. Dal suo lancio nel 2008, Il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA ha registrato più di 4, 000 TGF, che gli scienziati stanno studiando per capire meglio come il fenomeno sia correlato all'attività dei fulmini, forza delle tempeste e ciclo di vita delle tempeste.

Ora, per la prima volta, un team di scienziati della NASA ha analizzato decine di TGF lanciati dai più grandi e potenti sistemi meteorologici del pianeta:tempeste tropicali, uragani e tifoni. Un documento che descrive la ricerca è stato pubblicato il 16 marzo nel Journal of Geophysical Research:Atmospheres .

"Un risultato è una conferma che l'intensità della tempesta da sola non è il fattore chiave per la produzione di TGF, " ha detto Oliver Roberts, che ha condotto lo studio presso l'University College Dublin, Irlanda, ed è ora al Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, Alabama. "Abbiamo scoperto che alcuni TGF sono stati realizzati nelle fasce di pioggia esterne di grandi tempeste, centinaia di chilometri dalle potenti pareti degli occhi al loro centro, e un sistema debole che ha sparato diversi TGF in un giorno."

Gli scienziati sospettano che i TGF derivino dai forti campi elettrici vicino alle cime dei temporali. A determinate condizioni, questi campi diventano abbastanza forti da spingere una "valanga" di elettroni verso l'alto quasi alla velocità della luce. Quando questi elettroni accelerati sfrecciano oltre le molecole d'aria, i loro percorsi vengono leggermente deviati. Questo cambiamento fa sì che gli elettroni emettano raggi gamma.

Il Gamma-ray Burst Monitor (GBM) di Fermi rileva i TGF che si verificano entro circa 500 miglia (800 chilometri) dalla posizione direttamente sotto il veicolo spaziale. Nel 2012, Gli scienziati GBM hanno impiegato nuove tecniche che hanno migliorato efficacemente lo strumento, aumentando la sua sensibilità e portando a un più alto tasso di rilevazioni di TGF.

Questo aumento del tasso di scoperta ha aiutato il team GBM a dimostrare che la maggior parte dei TGF genera anche un forte impulso di onde radio a frequenza molto bassa, segnali precedentemente attribuiti solo ai fulmini. Strutture come la Total Lightning Network gestita da Earth Networks a Germantown, Maryland, e la rete mondiale di localizzazione dei fulmini, una collaborazione di ricerca gestita dall'Università di Washington a Seattle, può individuare impulsi radio prodotti da fulmini e TGF entro 6 miglia (10 km) in qualsiasi parte del mondo.

"La combinazione dei dati TGF di GBM con le posizioni precise di queste reti di rilevamento dei fulmini ha aperto la nostra capacità di collegare le esplosioni alle singole tempeste e ai loro componenti, " ha detto il co-autore Michael Briggs, assistente direttore del Center for Space Plasma and Aeronomic Research presso l'Università di Huntsville (UAH).

Il team ha studiato 37 TGF associati a, tra le altre tempeste, tifoni Nangka (2015) e Bolaven (2012), Uragano Paula (2010), le tempeste tropicali del 2013 Sonia ed Emang e l'uragano Manuel, e il disturbo che sarebbe poi diventato l'uragano Julio nel 2014.

"Nel nostro studio, Julio detiene il record per i TGF, sparando quattro entro 100 minuti il ​​3 agosto, 2014, un altro il giorno dopo, e poi non più per la vita della tempesta, " ha detto Roberts. "La maggior parte di questa attività si è verificata quando Julio ha subito una rapida intensificazione in una depressione tropicale, ma molto prima che diventasse anche solo una tempesta nominata."

Ciò che gli scienziati hanno appreso finora è che i TGF dei sistemi tropicali non hanno proprietà misurabilmente diverse dagli altri TGF rilevati da Fermi. Le tempeste più deboli sono in grado di produrre un numero maggiore di TGF, che può sorgere ovunque nella tempesta. Nei sistemi più sviluppati, come uragani e tifoni, I TGF sono più comuni nelle bande di pioggia più esterne, aree che ospitano anche i più alti tassi di fulmine in queste tempeste.

La maggior parte dei TGF delle tempeste tropicali si è verificata quando i sistemi si sono intensificati. Il rafforzamento delle correnti ascensionali spinge le nuvole più in alto nell'atmosfera dove possono generare potenti campi elettrici, ponendo le basi per fulmini intensi e per le valanghe di elettroni che si pensava producano TGF.

I TGF sono stati scoperti nel 1992 dal Compton Gamma-Ray Observatory della NASA, che ha operato fino al 2000.

Il Fermi Gamma-ray Space Telescope è una partnership di astrofisica e fisica delle particelle gestita dal Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. Fermi è stato sviluppato in collaborazione con il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, con importanti contributi di istituzioni accademiche e partner in Francia, Germania, Italia, Giappone, Svezia e Stati Uniti.

Il GBM Instrument Operations Center si trova presso il National Space Science Technology Center di Huntsville. Il team GBM include una collaborazione di scienziati dell'UAH, Il Marshall Space Flight Center della NASA, l'Istituto Max Planck per la fisica extraterrestre in Germania, University College Dublin in Irlanda e altre istituzioni.