پدیده‌هایی که در حین طوفان‌های تندری رخ می‌دهند، بسیار فراتر از تصورات ما هستند.
طوفان‌های تندری معمولاً با پدیده‌های شناخته‌شده‌ای مانند باد شدید، بارش باران و رعد و برق همراه هستند، اما بسیاری از مردم از وجود پرتوهای گامای تولید شده در این رویدادهای طبیعی آگاه نیستند. با این وجود، به لطف بازسازی و تجهیز مجدد هواپیمای شناسایی قدیمی لاکهید یو-۲ توسط ناسا، محققان توانسته‌اند انفجارهای بسیار کوتاه‌مدت میکروثانیه‌ای انرژی رادیواکتیو را که به طور روزانه و گسترده در سراسر جهان رخ می‌دهد، با دقت بالایی مورد بررسی و تحلیل قرار دهند. این پیشرفت علمی در قالب دو مطالعه مهم که در تاریخ ۳ اکتبر در مجله نیچر منتشر شده‌اند، به اثبات رسانده است که پدیده‌های رادیواکتیو در طوفان‌های تندری به شکل مداوم و فراگیر رخ می‌دهند.
کشف غیرمنتظره پرتوهای گاما در دل طوفان‌ها
در دهه ۱۹۹۰، کارشناسان به‌طور تصادفی به حضور پرتوهای گاما در طوفان‌های تندری پی بردند. این کشف مهم زمانی رخ داد که ماهواره‌های ناسا — که مأموریت اصلی‌شان مطالعه ابرنواخترها و دیگر اجرام پرانرژی کیهانی بود — تابش‌هایی از پرتو گاما را در دل طوفان‌ها ثبت کردند. برخی از نشانه‌های بارز وجود پرتوهای گاما در طوفان‌های تندری، درست زیر محدوده رصدی این ماهواره‌ها شناسایی شد؛ چیزی که نشان می‌داد منبع تابش، برخلاف انتظار، نه در فضا بلکه در جوّ زمین قرار دارد.
فرآیند تولید تابش گاما در جریان طوفان‌های تندری
در جریان شکل‌گیری رعد و برق، قطرات آب، یخ و تگرگ که با باد جابجا می‌شوند، به یکدیگر برخورد کرده و بارهای الکتریکی مشابه الکتریسیته ساکن تولید می‌کنند. در این فرآیند، یون‌های مثبت به بالای طوفان و یون‌های منفی به پایین آن منتقل می‌شوند و میدان الکتریکی قدرتمندی ایجاد می‌کنند؛ میدانی با انرژی معادل ۱۰۰ میلیون باتری قلمی .AA الکترون‌ها در این میدان شتاب می‌گیرند و با جدا کردن الکترون‌های دیگر از مولکول‌های هوا، باعث تولید پرتوهای گاما، پادماده و دیگر ذرات تابشی در بازه‌ای بسیار کوتاه (در حد میلی‌ثانیه) می‌شوند. از طرفی، شدت این تابش‌ها به حدی است که برخی خلبانان، درخشش‌هایی ضعیف را درون ابرهای طوفانی گزارش کرده‌اند. با این حال، به نظر می‌رسد هنوز عواملی ناشناخته مانع از وقوع واکنش‌های انفجاری گسترده می‌شوند. به گفته استیو کامر و ویلیام اچ. یانگر از دانشگاه دوک، کمپین‌های مختلفی برای بررسی میزان شیوع این پدیده انجام شده‌اند، اما نتایج برخی از آن‌ها با گزارش‌هایی که موفق به شناسایی پرتوهای گاما نشده‌اند، متفاوت بوده است.
استفاده از هوابرد ER-2 ناسا برای بررسی دقیق‌تر پرتوهای گاما
پس از سال‌ها استفاده از راه‌حل‌های موقت، ناسا اخیراً یکی از هواپیماهای تقویت‌شده خود به نام لاکهید یو-۲ را به کومر و همکارانش پیشنهاد داد که اکنون به عنوان هواپیمای علمی هوابرد ER-2 شناخته می‌شود. این هواپیمای جاسوسی متعلق به دوران جنگ سرد قادر است تا ارتفاع ۷۲,۰۰۰ فوتی اوج بگیرد و با سرعت ۴۷۵ مایل در ساعت حرکت کند؛ ویژگی‌هایی که آن را برای پوشش مسافت‌های طولانی و مشاهده دقیق رعد و برق‌های مختلف بسیار مناسب می‌سازد. پس از آنکه این هواپیما با ابزار رصد و شناسایی مناسب تجهیز شد، کارشناسانی مانند کومر امیدوار بودند که ER-2 بتواند بسیاری از ابهامات گذشته را روشن کند.
یافته‌های به‌دست آمده از هوابرد ER-2 کاملاً شگفت‌انگیز بود!
به گفته کومر: «پدیده‌هایی که در حین طوفان‌های تندری رخ می‌دهند، بسیار فراتر از تصورات ما هستند. به نظر می‌رسد که تقریباً در تمام رعد و برق‌های شدید، پرتوهای گاما به صورت مداوم و در اشکال مختلف تولید می‌شوند.» بر همین اساس، بیش از یک ماه، ۱۰ هواپیما بر فراز طوفان‌ها در مناطق استوایی فلوریدا پرواز کردند که ۹ مورد از آن‌ها «جوش و خروش» تابش گاما را ثبت کردند؛ آماری بسیار بیشتر از پیش‌بینی‌های اولیه.
مارتینو ماریسالدی، استاد فیزیک دانشگاه برگن و یکی از نویسندگان این مطالعه، درباره این فرآیند می‌گوید: «این پدیده هم از نظر الگو و هم رفتار، شبیه دیگ جوشان بزرگی از تابش گاما است.»
این یافته‌ها، که در جشنواره اندیشمندان و دانشمندان جوان مورد توجه ویژه قرار گرفته‌اند، نشان‌دهنده اهمیت استفاده از فناوری‌های نوین و همکاری‌های بین‌رشته‌ای برای پیشرفت علم است.
کشف الگوهای تازه در تابش‌های گاما طی طوفان‌های تندری
بسیاری از مشاهدات اخیر با گزارش‌های اولیه‌ای که بیش از سی سال پیش توسط ماهواره‌های ناسا ثبت شده بود، همخوانی داشت و نشان می‌داد که تابش‌های گاما به‌طور پیوسته همراه با رعد و برق‌های فعال تولید می‌شوند. این یافته‌ها حاکی از آن است که رعد و برق‌ها احتمالاً نقش کلیدی در تولید پرتوهای گاما دارند، چرا که موجب افزایش سطح انرژی الکترون‌ها در یک میدان الکتریکی می‌شوند.
با این حال، مشاهدات جدید تیم تحقیقاتی، پدیده‌هایی کاملاً تازه را نیز آشکار کرد. به گفته این پژوهشگران، طوفان‌های تندری می‌توانند دست‌کم دو نوع دیگر از انفجارهای کوتاه‌مدت گاما را نیز ایجاد کنند. یک نوع از این انفجارها کمتر از یک میلی‌ثانیه طول می‌کشد، در حالی که نوع دوم شامل نزدیک به ده انفجار جداگانه است که در عرض حدود یک‌دهم ثانیه رخ می‌دهد. به گفته کامر، همین کشف انفجارهای گامای غیرمنتظره یکی از جالب‌ترین نتایج این تحقیقات به شمار می‌رود.
آیا همه تابش‌های گاما ناشی از رعد و برق هستند؟
کامر تأکید می‌کند که به‌نظر نمی‌رسد همه این پدیده‌ها مستقیماً با رعد و برق مرتبط باشند. بلکه برخی از آن‌ها ممکن است به‌طور خودبه‌خود و مستقل شکل بگیرند. او همچنین افزود که برخی داده‌ها حاکی از آن است که انفجارهای گاما ممکن است با فرآیندهای خاصی که مسئول آغاز رعد و برق هستند، مرتبط باشند؛ گرچه این فرآیندها هنوز برای دانشمندان ناشناخته باقی مانده‌اند.
با وجود همه این ابهامات، کامر ابراز امیدواری می‌کند که با ادامه مطالعات و استفاده از ابزارهای پیشرفته‌ای مانند هواپیمای علمی ER-2 ناسا، بتوان پاسخی برای این پدیده‌ها و سایر رازهای پنهان در طوفان‌ها یافت. او در پایان خاطرنشان کرد: «تا آن زمان، هیچ دلیلی برای نگرانی درباره افزایش تابش‌های گاما در آسمان وجود ندارد، چرا که حتی در صورت وقوع طوفان در اطرافتان، شما در معرض این پرتوها نخواهید بود.»
در همین راستا، جشنواره اندیشمندان و دانشمندان جوان با هدف شناسایی و حمایت از پژوهش‌های نوآورانه و بین‌رشته‌ای، از دستاوردهای علمی و پروژه‌های برجسته حمایت می‌کند.
منبع: POP SCIENCE
