雷によるγ線発生メカニズム

雷で高エネルギーX線(γ線が生成されるという報告が相次いでいる。ユタ州西部の砂漠にある、宇宙線を観測する望遠鏡アレイは、地球の大気と衝突する高エネルギーの粒子を検出する。宇宙線は数分ごとに500個以上が検出されている。

 

2013年にデータを取得時に奇妙な現象がみつかった。γ線が記録されたのである。 5年後、ユタ大学の宇宙線グループ(Cosmic Ray Group)が率いる国際チームは、これまで以上に詳細に地上γ線イベントを観測した。

望遠鏡アレイは、2014年から2016年の間に10個のγ線バーストを検出した。 TALP(Telescope Array Lightning Project)は、雷の開始時に下向きのγ線バーストを検出したが、これは雷雨の中で発生したものであった。望遠鏡アレイは地上での完全なγ線バーストを記録できる唯一の施設で、直径3〜5kmの領域をカバーしている。最近の研究で、2008年から2013年の間に検出された粒子シャワーと雷の活動との間に強い相関関係が確立された(Abbasi et al., J. Geophys. Res. online May 18, 2018)。

 これは1ミリ秒以内に4〜5個の検出器がトリガされるため、宇宙線よりもはるかに高速イベントであった。研究チームは、雷の中で雷が放射するRF放射の3D画像を得るため、9個の観測アレイを設置した。 2014年には雷の放電によって引き起こされた電荷の変化を記録する受信機をアレイの中央に設置した。

 

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明るい光の輝きは稲妻の一段階に過ぎず、目には速すぎる部分が存在する。γ線は短時間バーストで生成され、それぞれ10〜数十マイクロ秒しか持続しない。FERMI衛星が1994年に最初のγ線バーストを記録するまで、爆発する星などの激しい天体だけがガンマ線を発生させると考えていた。

雷雲の最初の数ミリ秒で生成されるγ線の存在が知られるようになった。以前は、わずか6つの下向きγ線バーストしか記録されておらず、そのうち2つは人工的に誘発された雷実験から来たものであった。自然雷を伴う残りの4つの研究では、雷がすでに地面に打たれた後に、γ線バーストがかなり後に発生した。

 

 

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Credit: Scientific Research 

 

アレイの観測は、衛星観測と同様に、雷の初期分解段階で下向きγ線バーストが発生することを示している。γ線を発生させるメカニズムはまだ解明されていない。すべての落雷がγ線を生成するわけではない。研究チームは、雷の測定を強化するために、望遠鏡アレイに追加のセンサーを搭載したいと考えている。特に、電波を検出する「高速アンテナ」を設置することで、電場の変化を調べることが可能になる。

 

 

 

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