Жер атмосферасындағы гамма-шағылыстар, "қара молния" деп те аталады. Күшті электр өрістерінен туындайды, энергиясы жоғары, позитрон мен электрондар шығарады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жер атмосферасында пайда болатын гамма сәулелерінің шарықуы
космикалық шығу тегі бар гамма сәулелерінің шарықуы
Burst of gamma rays produced in the Earth's atmosphere
gamma ray bursts of cosmic origin
Жердегі гамма сәулелерінің жарқырауы (ТГФ), сондай-ақ қараңғы найзағай деп те аталады, – Жер атмосферасында пайда болатын гамма сәулелерінің шарықуы. ТГФ-тар 0,2-ден 3,5 миллисекундқа дейін созылып, 20 миллион электронвольтқа дейін энергияға ие екені тіркелді. ТГФ-тар найзағайдың үстінде немесе ішінде пайда болатын күшті электр өрістерінің нәтижесі болуы мүмкін деп болжанады. Ғалымдар жердегі гамма сәулелерінің жарқырауынан пайда болған энергетикалық позитрондар мен электрондарды да анықтады.
A terrestrial gamma ray flash (TGF), also known as dark lightning, is a burst of gamma rays produced in Earth's atmosphere. TGFs have been recorded to last 0.2 to 3.5 milliseconds, and have energies of up to 20 million electronvolts. It is speculated that TGFs are caused by intense electric fields produced above or inside thunderstorms. Scientists have also detected energetic positrons and electrons produced by terrestrial gamma ray flashes.
Ашылу
[[Файл:TGFenergy. gif|thumb|left|Типикалық TGF оқиғасының энергиялық графигі, үстіне гамма сәулелі жарқыраудың суретшінің бейнесі қойылған. Бұл бұрынғы есептерден әлдеқайда көп, бірақ Жердегі найзағайлардың жалпы санының өте шағын бөлігін құрайды (күніне орташа есеппен 3–4 миллион найзағай оқиғасы). Бірнеше жыл өткен соң, гамма сәулелерін бақылауға арналған NASA-ның Fermi гамма сәулелі ғарыш телескопын қолданған ғалымдар әлем бойынша күніне шамамен 500 TGF пайда болатынын анықтады, бірақ олардың көп бөлігі байқалмайды.
[[File:TGFenergy. gif|thumb|left|Energy plot of a typical TGF event, with artist's conception of a gamma ray flash superimposed. more than previously thought but still only representing a very small fraction of the total lightning on Earth (3–4 million lightning events per day on average). A few years later, scientists using NASA's Fermi Gamma ray Space Telescope, which was designed to monitor gamma rays, estimated that about 500 TGFs occur daily worldwide, but most go undetected.
Механизм
Механизмнің егжей-тегжейі белгісіз болса да, физикалық талаптар туралы консенсус қалыптасуда. TGF фотондары ауадағы атом ядроларымен соқтығысып, гамма сәулелері түрінде энергиясын бөліп беретін, жарық жылдамдығына өте жақын жылдамдықпен қозғалатын электрондар шығарады деп болжанады (bremsstrahlung). Нейтрондар электр разрядында өлшенген, бірақ разрядқа байланысты протондардың эксперименттік растауы жоқ (2016). Соңғы зерттеулер көрсеткендей, бұл нейтрондардың флюенсі 10−9 және 10−13 арасында, алтындығына қарай өзгереді. Бұл нейтрондардың көпшілігінің энергиясы, тіпті бастапқы энергиясы 20 МэВ болса да, 1 мс ішінде кэВ диапазонына дейін төмендейді. Соңғы 15 жылда найзағай процестерінің арасында атмосферадан шығатын гамма сәулелерін тудыратын механизм бар екені анықталды. 1994 жылы NASA-ның Джеральд Фишман «Science» журналында жариялаған мақаласында алғаш рет TGF-нің атмосфералық шығу тегі бар екенін және найзағай соққыларымен байланысты екенін дәлелдеді. CGRO 10 жылда шамамен 77 оқиғаны тіркеді; алайда, жақында Санта-Крус университетінің Дэвид Смит хабарлағандай, Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) ғарыш кемесі TGF-ні әлдеқайда жоғары жылдамдықпен бақылап отыр, бұл олардың күніне шамамен 50 рет дүниежүзі бойынша пайда болатынын көрсетеді (әлі де планетадағы барлық найзағайдың өте аз бөлігі). Энергия деңгейі 20 МэВ-тан асып түседі. Дьюк университетінің ғалымдары сондай-ақ кейбір найзағай оқиғалары мен Жердің өз атмосферасынан шығатын ғажайып гамма сәулелері арасындағы байланысты зерттеді, RHESSI жасаған TGF-нің жаңа байқаулары осыған түрткі болды. Олардың зерттеулері гамма сәулелерінің бұлттардағы таңғаларлық төмен биіктіктегі бастапқы нүктелерден жоғары көтерілетінін көрсетті. Дьюк университетінің Пратт инженерлік мектебінің профессоры Стивен Каммер: «Бұл Күннен келетін гамма сәулелерінен гөрі жоғары энергиялы. Бірақ, міне, біз мұнда жиі көріп жүрген жер бетіндегі найзағайлар». Бұған байланысты алғашқы гипотезалар найзағайдың жоғары электр өрістерін тудырып, бұлттың жоғары биіктігінде релятивистік қашып бара жатқан электронды лавинаны қозғауына нұсқады, онда жұқа атмосфера гамма сәулелерінің кеңістікке оңай қашуына мүмкіндік береді, бұл шприттердің пайда болуына ұқсас. Алайда, кейінгі дәлелдер TGF-нің жоғары тұрған найзағайлы бұлттардың ішінде немесе олардың үстінде релятивистік электронды лавиналарды қозғау арқылы пайда болатынын көрсетті. Атмосферада қашып бара жатқан гамма сәулелерінің сіңірілуіне кедергі келтірсе де, бұл теориялар TGF-ні өндірудің биік биіктіктегі теорияларына қажетті ерекше қарқынды найзағайды қажет етпейді. TGF-нің рөлі және олардың найзағаймен байланысы әлі де ғылыми зерттеулердің тақырыбы болып табылады. 2009 жылы Жер орбитасындағы Fermi Gamma-ray Space Telescope дауылдан шыққан позитронның жойылуына сәйкес гамма сәулелерінің қарқынды жарылуын байқады. Ғалымдар кез келген гамма сәулелерінің жарылысына бірнеше позитронның қосылғанын көріп таңғалмас еді, бірақ Fermi байқаған найзағай шамамен 100 триллион позитрон шығарған сияқты. Бұл туралы 2011 жылдың қаңтар айында ақпарат құралдары хабарлады, бұрын мұндай жағдай тіркелмеген. Атмосфералық кеңістік әрекеттесу мониторы (ASIM) – TGF-ні зерттеуге арналған эксперимент, 2018 жылдың 2 сәуірінде Халықаралық ғарыш станциясына ұшырылды және 2018 жылдың 13 сәуірінде Columbus External Payload Facility-не орнатылды.
Though the details of the mechanism are uncertain, there is a consensus forming about the physical requirements. It is presumed that TGF photons are emitted by electrons traveling at speeds very close to the speed of light that collide with the nuclei of atoms in the air and release their energy in the form of gamma rays (bremsstrahlung Neutrons have already been measured in electric discharges, whereas there is no experimental confirmation of discharge related protons (2016). Recent research has shown that the fluence of these neutrons lies between 10−9 and 10−13 per ms and per m2 depending on the detection altitude. The energy of most of these neutrons, even with initial energies of 20 MeV, decreases down to the keV range within 1 ms. It has been discovered in the past 15 years that among the processes of lightning is some mechanism capable of generating gamma rays, which escape the atmosphere and are observed by orbiting spacecraft. Brought to light by NASA's Gerald Fishman in 1994 in an article in Science, proving for the first time that the TGF was of atmospheric origin and associated with lightning strikes. CGRO recorded only about 77 events in 10 years; however, more recently the Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) spacecraft, as reported by David Smith of UC Santa Cruz, has been observing TGFs at a much higher rate, indicating that these occur about 50 times per day globally (still a very small fraction of the total lightning on the planet). The energy levels recorded exceed 20 MeV. Scientists from Duke University have also been studying the link between certain lightning events and the mysterious gamma ray emissions that emanate from the Earth's own atmosphere, in light of newer observations of TGFs made by RHESSI. Their study suggests that this gamma radiation fountains upward from starting points at surprisingly low altitudes in thunderclouds. Steven Cummer, from Duke University's Pratt School of Engineering, said, "These are higher energy gamma rays than those coming from the Sun. And yet here they are coming from the kind of terrestrial thunderstorm that we see here all the time." Early hypotheses of this pointed to lightning generating high electric fields and driving relativistic runaway electron avalanche at altitudes well above the cloud where the thin atmosphere allows gamma rays to easily escape into space, similar to the way sprites are generated. Subsequent evidence however, has suggested instead that TGFs may be produced by driving relativistic electron avalanches within or just above high thunderclouds. Though hindered by atmospheric absorption of the escaping gamma rays, these theories do not require the exceptionally intense lightning that high altitude theories of TGF generation rely on. The role of TGFs and their relationship to lightning remains a subject of ongoing scientific study. In 2009, the Fermi Gamma ray Space Telescope in Earth orbit observed intense burst of gamma rays corresponding to positron annihilations coming out of a storm formation. Scientists would not have been surprised to see a few positrons accompanying any intense gamma ray burst, but the lightning flash detected by Fermi appeared to have produced about 100 trillion positrons. This was reported by news media in January 2011, and had never been previously observed. The Atmosphere Space Interactions Monitor (ASIM), an experiment dedicated to study TGFs, was launched to the International Space Station on 2 April 2018 and was mounted on the Columbus External Payload Facility on 13 April 2018.