Физики проанализировали данные, собранные во время полетов над Карибским морем и Центральной Америкой в июле 2023 года, и обнаружили новый тип гамма-излучения грозовых облаков — мерцающие гамма-вспышки. Помимо этого ученые заметили, что гамма-свечение грозовых облаков длилось несколько часов подряд и не было однородным, как это считалось ранее. Обе статьи с результатами наблюдений опубликованы в журнале Nature.
Когда электроны разгоняются под действием мощного электрического поля в грозовых облаках, то начинают испускать гамма-кванты, похожие на те, что порождают космические лучи. До сегодняшнего дня выделяли два основных типа грозового гамма-излучения: наземные гамма-вспышки (TGF) с высокой интенсивностью и более умеренное гамма-свечение. Так как свойства этих разновидностей гамма-излучения существенно отличаются по энергии, частоте и длительности, то исследователи предполагали о существовании промежуточного вида, но зафиксировать его до сих пор не удавалось.
Две группы физиков из семи стран использовали данные, которые собрали с самолета-обсерватории ALOFT, пролетевшего над грозовыми фронтами в Карибском море и Центральной Америке, и обнаружили существование промежуточного звена между наземными гамма-вспышками и гамма-свечением. Также ученые установили, что продолжительность гамма-свечения может достигать нескольких часов на площади в тысячи квадратных километров.
Для этого исследователи оснастили самолет четырьмя детекторами гамма-излучения и гамма-спектрометром, который оптимизировали под наблюдение быстрых всплесков с энергией 0,3–5 мегаэлектронвольт, а также снабдили воздушное судно несколькими радиометрами и двухантенным измерителем электрического поля. Длительность полетов составляла от трех до восьми часов, около четырех из которых самолет проводил непосредственно над грозовым фронтом. Дополнительно ученые измерили отражение радиосигнала штормовых облаков с помощью интерферометра на поверхности земли.
Физики под руководством Николая Эстгора (Nikolai Østgaard) увидели 24 мерцающие гамма-вспышки во время пяти полетов из десяти. Эти вспышки состояли из последовательности коротких импульсов длительностью от одной до двух миллисекунд с повторением каждые 1–20 миллисекунд, а вся мерцающая вспышка длилась от нескольких десятков до нескольких сотен миллисекунд. При этом физики не обнаружили никаких сопутствующих оптических или радиосигналов и убедились, что гамма-вспышки не относились к наземному типу.
Во втором исследовании Мартино Марисальди (Martino Marisaldi) и его коллеги обнаружили, что гамма-свечение может испускаться грозовыми облаками на протяжении нескольких часов на площади в несколько тысяч квадратных километров. В то время как предыдущий рекорд длительности составил около 40 минут с превышением фона всего на два процента, интенсивность этого свечения превысила естественный фон примерно в 10-30 раз.
Авторы работ отмечают, что полученные ими результаты должны значительно углубить понимание механизма гамма-излучения грозовых облаков и установить роль гамма-вспышек в формировании молний.