Špionážní letadlo U2 odhalilo, že tropické bouřky jsou radioaktivní

Nová pozorování ze špionážního letounu U2 odhalila překvapivé množství a rozmanitost gama záření, které vzniká ve velkých tropických bouřích. Detektory původně určené k detekci vysokoenergetických kosmických částic nečekaně objevily záblesky gama záření pocházející z bouřek na Zemi. Následné studie s využitím špionážního letounu U2 odhalily, že toto gama záření je v bouřkách běžné, projevuje se v různých formách a souvisí s elektrickou aktivitou v bouřkách. Tento objev poukazuje na složitý, dynamický proces zahrnující vysokorychlostní elektrony a jaderné reakce, který by mohl mít vliv i na vznik blesků.

Objevování záblesků gama záření na Zemi
V 90. letech 20. století objevily družice NASA, které byly postaveny za účelem pozorování vysokoenergetických částic pocházejících ze supernov a jiných nebeských objektů, překvapení – vysokoenergetické záblesky gama záření pocházející přímo ze Země. Vědcům sice netrvalo dlouho, než zjistili, že tyto radioaktivní nabité částice pocházejí z bouřek, ale jak často k tomuto jevu dochází, zůstávalo záhadou. Družice nebyly konstruovány tak, aby nacházely gama záření přicházející ze Země a musely se k tomu nacházet na správném místě ve správný čas.

Bouřky jako zdroje gama záření
Po letech, kdy se skupina vědců musela spokojit s platformami, které pro tento úkol nebyly ideální, se jim podařilo získat možnost přeletět nad bouřkami s dodatečně upraveným špionážním letadlem U2, které patří NASA, a pořádně se na ně podívat. Ve dvou nových článcích publikovaných 3. října 2024 v časopise Nature tým publikoval poznatky, že gama záření vznikající v bouřkách je mnohem častější, než si kdokoliv myslel a že dynamika, která toto záření vytváří, skrývá pokladnici záhad, které ještě nebyly vyřešeny.

„V bouřkách se toho děje mnohem více, než jsme si kdy dokázali představit,“ řekl Steve Cummer, profesor inženýrství z Duke University, který byl spoluautorem obou prací. „Ukazuje se, že v podstatě všechny velké bouřky generují gama záření neustále v mnoha různých formách.“

Fyzikální podstata gama záření v bouřkách
Obecná fyzika způsobu, jakým bouřky vytvářejí vysokoenergetické záblesky gama záření, není žádnou záhadou. Při vzniku bouřky vířící proudy ženou kapky vody, kroupy a led do směsi, která vytváří elektrický náboj podobně jako tření balónku o košili. Kladně nabité částice končí v horní části bouřky, zatímco záporně nabité částice klesají k jejímu dnu, čímž vytvářejí obrovské elektrické pole, které může být silné jako 100 milionů baterií AA postavených na sebe.

Když se jiné nabité částice – například elektrony – ocitnou v takto silném poli, urychlí se. Pokud se urychlí na dostatečně vysokou rychlost a náhodou narazí na molekulu vzduchu, vyrazí další vysokoenergetické elektrony. Tento proces probíhá kaskádovitě, dokud srážky nemají dostatek energie na vznik jaderných reakcí, při nichž vznikají extrémně silné a extrémně rychlé záblesky gama záření, antihmoty a dalších forem záření.

Tím však příběh o gama záření při bouřce nekončí. Letadla letící v blízkosti bouřek také zaznamenala slabou záři gama paprsků vycházejících z mraků. Zdá se, že tyto bouře mají dostatek energie na to, aby vyvolaly nízkoúrovňové doutnání gama záření, ale něco jim brání vytvořit explozivní výbuch jako praskající kukuřičné zrno.

„Několik leteckých kampaní se snažilo zjistit, zda jsou tyto jevy běžné, nebo ne, ale výsledky byly smíšené a několik kampaní nad Spojenými státy nezjistilo vůbec žádné gama záření,“ řekl Cummer. „Tento projekt byl navržen tak, aby tyto otázky jednou provždy vyřešil.“

Průlomová pozorování z výškových letů
Výzkumná skupina si zajistila použití výškového vědeckého letounu NASA ER-2. Jedná se o modernizované špionážní letadlo U2 z dob studené války, které létá dvakrát výše než komerční letadla a asi tři kilometry nad většinou bouřek. Je také extrémně rychlé, což týmu umožnilo vybrat si přesně ty bouřky, o kterých se domnívali, že s největší pravděpodobností přinesou výsledky.

„Letoun ER-2 by byl dokonalou platformou pro pozorování gama záření z bouřkových mraků,“ řekl Nikolai Østgaard, profesor vesmírné fyziky na univerzitě v norském Bergenu a hlavní řešitel projektu. „Při letu ve výšce 20 km můžeme letět přímo nad vrcholem mraku, co nejblíže zdroji gama záření.“

Protože letoun ER-2 byl ideálním řešením a tým se chystal proletět nad správnými bouřkami, vědci usoudili, že pokud jsou tyto jevy vzácné, pak sotva nějaké uvidí. Ale pokud by byly časté, pak by jich viděli hodně. A viděli jich hodně.

Tropické bouře jako ohniska gama záření
V průběhu jednoho měsíce provedl ER-2 celkem 10 letů nad velkými bouřkami v tropech jižně od Floridy a 9 z nich přineslo pozorování tohoto simulátoru gama záření, které bylo navíc dynamičtější, než se očekávalo.

„Dynamika gama zářících bouřkových mraků je v příkrém rozporu s dřívějším kvazistacionárním obrazem záře a připomíná spíše obraz obrovského gama zářícího vroucího kotle, a to jak svým vzorem, tak chováním,“ uvedl Martino Marisaldi, profesor fyziky a techniky na univerzitě v Bergenu.

Vzhledem k velikosti typické bouřky v tropech, která je mnohem větší než bouřky v jiných zeměpisných šířkách, to znamená, že více než polovina všech bouřek v tropech je radioaktivní. Vědci předpokládají, že tato nízká produkce gama záření působí jako pára vyvěrající z hrnce s vodou a omezuje množství energie, které se v něm může nahromadit.

Intenzivní záření gama při blesku
Stejně nadšeni byli vědci i z četných příkladů krátkodobých a intenzivních záblesků gama záření, které pocházely ze stejných bouřek. Některé z nich se přesně podobaly těm, které původně zaznamenaly družice NASA. Ty se téměř vždy vyskytovaly ve spojení s aktivním bleskovým výbojem. To naznačuje, že velké elektrické pole vytvořené bleskem pravděpodobně dobíjí již tak vysoce energetické elektrony, což jim umožňuje vytvářet vysokoenergetické jaderné reakce.

Objevily se však také nejméně dva další typy krátkých záblesků gama záření, které nebyly nikdy předtím pozorovány. Jeden typ je neuvěřitelně krátký, méně než tisícina sekundy, zatímco druhý je sekvence asi 10 jednotlivých záblesků, které se opakují v průběhu asi desetiny sekundy.

„Tyto dvě nové formy gama záření považuji za nejzajímavější,“ řekl Cummer. „Nezdá se, že by byly spojeny se vznikem blesků. Vznikají nějak spontánně. V datech se objevují náznaky, že by mohly být skutečně spojeny s procesy, které iniciují blesky, což je pro vědce stále záhadou.“

Měli bychom se obávat gama záření v bouřkách?
Cummer dodává, že pokud se někdo obává, že se v důsledku gama záření promění v Hulka, neměl by se obávat. Množství produkovaného záření by bylo nebezpečné pouze v případě, že by se člověk nebo objekt nacházel v těsné blízkosti zdroje.

„Radiace by byla tím nejmenším problémem, kdybyste se tam ocitli. Letadla se létání v aktivních bouřkových jádrech vyhýbají kvůli extrémním turbulencím a větrům,“ řekl Cummer. „I když vím, co teď víme, nedělám si z létání větší starosti než dřív.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/surprising-discovery-nasas-retrofitted-u2-spy-plane-reveals-tropical-lightning-storms-are-radioactive/ a https://pratt.duke.edu/news/radioactive-lightning/

autor: František Martinek