Pozemské záblesky gama (TGF) patří k nejenergičtějším přírodním jevům, které se odehrávají přímo v naší atmosféře. Ačkoli gama záření běžně spojujeme s kosmickými událostmi jako jsou výbuchy supernov či černé díry, nová pozorování ukazují, že i obyčejná bouřka dokáže na zlomek sekundy proměnit atmosféru v přírodní urychlovač částic. Tyto krátké, avšak extrémně energetické výboje jsou fascinujícím důkazem toho, jak extrémní fyzika může vznikat přímo nad našimi hlavami.
Historie objevu TGF sahá do minulého století, kdy byly poprvé detekovány v roce 1994 (přístroj BATSE na satelitu CGRO). Tehdy šlo spíše o náhodu – přístroje hledající vzdálené vesmírné exploze zachytily signály pocházející z atmosféry Země. Prvotní hypotézy předpokládaly, že tyto záblesky vznikají vysoko nad bouřkovými oblaky. Pozdější výzkum však ukázal, že zdroj je mnohem blíže: výboje gama záření vznikají přímo v srdci bouřkových mraků nebo těsně nad nimi.
Podívejte se na bouřkový blesk, jak jej zachytí vysokorychlostní kamera:
Zdroj videa: AGU.org
Základem je extrémně silné elektrické pole
Klíčem k produkci pozemských záblesků gama je extrémně silné elektrické pole, které vzniká těsně před srážkou dvou ionizovaných kanálů vzduchu připravujících cestu pro hlavní bleskový výboj. Nejnovější pozorování z Japonska ukázala, že když se setká sestupující negativní kanál z mraku se vzestupným pozitivním kanálem například z televizní věže, v mezeře mezi nimi vznikne pole schopné urychlit elektrony téměř na rychlost světla. Tyto elektrony pak při prudkém zpomalení vyzařují gama záření.
Samotný záblesk gama záření předchází hlavnímu optickému výboji blesku – první gama foton byl ve studii Ósacké univerzity zaznamenán 31 mikrosekund před spojením kanálů a celý záblesk trval ještě 20 mikrosekund po něm. To je časové měřítko, které je pro lidské oko nepostřehnutelné, ale pro fyziky představuje klíč k pochopení mechanismu urychlování částic v bouřkách. Právě detailní pozemní měření umožnila poprvé přesně propojit vznik TGF s konkrétním bleskovým výbojem, což dříve umožňovaly jen nepřesné satelitní statistiky.
Celkový pohled na vyzařování a RF vlny
Pozemské záblesky gama však nejsou jediným vysokoenergetickým jevem spojeným s bouřkami. Vědci v posledních letech objevili i déletrvající gama žhnutí a tzv. blikající gama záblesky, které tvoří nový typ jevu přemosťující časovou škálu mezi žhnutím a explozivními TGF. Tyto jevy ukazují, že gama záření v bouřkách existuje v širokém spektru intenzit a časových měřítek. Zatímco TGF jsou často spojeny s konkrétními blesky a silnými elektrickými poli, žhnutí a blikání mohou vznikat v rozsáhlých, ale méně intenzivních polích uvnitř bouře.
Potenciální nebezpečí pro lidi v letadlech
Výzkum TGF má i praktické důsledky. Gama záblesky mohou představovat radiační riziko pro letectví – ve výjimečně extrémních případech by dávka záření v těsné blízkosti mohla být pro posádku letadla srovnatelná s celoživotní dávkou z přírodního pozadí. Kromě toho mohou vysokoenergetické částice ovlivnit avioniku a elektroniku letadel. Nové poznatky o četnosti a intenzitě těchto jevů tak mohou vést k úpravám bezpečnostních standardů, zejména na trasách nad tropickými či zimními bouřemi, kde jsou TGF nejčastější.
Ačkoli jsme díky moderním pozorovacím technikám udělali v posledních letech obrovský pokrok, zůstává kolem TGF stále mnoho otázek. Proč některé blesky produkují gama záblesky a jiné ne? Jaký je přesný vztah mezi různými typy gama jevů v bouřkách? A jaký je jejich kumulativní vliv na atmosférickou chemii Země? Odpovědi budou hledat budoucí projekty, které propojí pozorování z vesmíru, vzduchu i země a možná nám jednou umožní nahlédnout do samotného nitra bouřkových urychlovačů částic.
Bouřky tedy nejsou jen meteorologickým jevem, ale i laboratoří energetické fyziky. Urychlují částice na energie běžně spojované s urychlovači typu CERN. Teď zbývá zjistit, jak časté tyto gama záblesky ve skutečnosti jsou a co mohou znamenat pro letectví či atmosférickou chemii.