Denne artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Bergen - les mer.

Illustrasjonen viser at en leder dannes tidlig og gammaglimtet skjer like før den store optiske pulsen i et lyn.
Illustrasjonen viser at en leder dannes tidlig og gammaglimtet skjer like før den store optiske pulsen i et lyn.

Før det synlige lynet kommer gammaglimtet

Forskere har nå avdekket hva som skjer i den høyere atmosfæren når det lyner og tordner.

Publisert

Gammaglimt representerer de høyeste fotonenergiene som kan produseres naturlig her på jorden, men har lenge vært et nokså ukjent naturfenomen.

Nå kan forskere ved Birkelandssenteret for romforskning ved Universitetet i Bergen presentere resultater som avdekker mange av lynets hemmeligheter.

Se faktaboks lenger ned i artikkelen som forklarer mer om gammaglimt.

Jakten på gammaglimt

Rekkefølgen på gammaglimt og det synlige lynet er et spørsmål som lenge har opptatt forskermiljøet. Skjer de samtidig eller kommer den ene før den andre?

– Det problemet er nå løst, kan Nikolai Østgaard fortelle. Han er leder for Birkelandsenteret for romforskning (BCSS) ved UiB.

I en artikkel i tidsskriftet Journal of Geophysical Research: Atmospheres, slår forskerne fast at gammaglimtet kommer før det synlige lynet.

– Resultatene våre viser at gammaglimtene oppstår etter at sterke elektriske felt er blitt bygget opp inne i skyen, men før selve lynutladningen, sier Østgaard.

Etter å ha fått avklart at gammaglimtet kommer før det synlige lynet, er Østgaard klar på hva som blir veien videre:

– Vi bør nå konsentrere oss om å finne ut hvordan elektroner er i stand til å nå de utrolige hastighetene som kreves for å påvirke gassmolekyler så sterkt at de må sende ut gammastråling for å roe seg ned, sier han.

Kort fortalt betyr det å klare å finne hvor de kraftige elektriske feltene oppstår som trengs for å akselerere elektroner til like under lysets hastighet. Det er nemlig elektroner med slike hastigheter og energi som kan produsere den gammastrålingen vi måler.

Elektronstråler

Postdoktor David Sarria ved BCSS er hovedforfatter på en artikkel i Journal of Geophysical Research: Space Physics, hvor forskerne skriver om oppdagelsen av en såkalt elektronstråle forårsaket av et gammaglimt.

Nylig kunne BCSS også presentere de første rekonstruerte bildene av et gammaglimt.
Nylig kunne BCSS også presentere de første rekonstruerte bildene av et gammaglimt.

Det handler om at et gammaglimt som har blitt produsert i forbindelse med en tordenstorm, i sin tur kan bidra til dannelsen av en strøm av elektroner. Disse vil følge jordens magnetfeltlinjer, og 16. september 2018 var ASIM og Den internasjonale romstasjonen plassert slik at forskerne fikk oppdaget dem.

– Slike strømmer av elektroner er svært smale i utstrekning, så for å kunne detektere de må man være heldig og være på riktig sted til riktig tid, sier Sarria og legger til:

– Dataene vi har samlet inn om elektronstrålen gjør at vi er kommet et steg videre i å forstå fenomenet gammaglimt, som er de største fotonenergiene som kan produseres naturlig her på jorden.

Gammaglimt

Jordiske gammaglimt ble først observert ved en tilfeldighet på begynnelsen av 1990-tallet. Den gangen hadde NASA plassert et instrument i bane rundt jorden for å studere gammastråler fra det store universet. Men så skulle det vise seg at instrumentet ved enkelte anledninger målte kortvarige glimt av gammastråler når detektoren pekte mot jorden.

Siden den gangen har forskning avdekket at slike gammaglimt finner sted i forbindelse med at det tordner og lyner, men hva som gjør at de dannes har forblitt et mysterium.

At gammaglimt representerer de høyeste fotonenergien, handler om at usynlig og synlig lys kan være alt fra radiobølger til gammastråling hvor sistnevnte er de energiene som er høyest.

Gammaglimt og alver

I tillegg til jordiske gammaglimt kan det oppstå en rekke lysfenomener over skyene når det tordner og lyner, også kalt omvendte lyn. Disse ble oppdaget på 1980-tallet og fikk etter hvert tildelt eksotiske navn som røde ånder, blå jetter og alver.

Vanligvis tenker vi på lyn som noe som går fra skyene og ned mot bakken, inne i skyene eller mellom skyene. Omvendte lyn er lys som går motsatt vei: fra skyene og oppover mot verdensrommet.

ASIM har instrumenter til å studere disse omvendte lynene, og i en artikkel i tidsskriftet Science presenteres for første gang observasjoner av et gammaglimt sammen med en såkalt alv. Sistnevnte er en lysring som oppstår i en høyde på 90 – 100 kilometer under tordenstormer og som bare varer i brøkdelen av et sekund.

Tidligere har vi kjent til at det kan oppstå gammaglimt i forbindelse med tordenaktivitet, og at det også kan oppstå slike omvendte lyn som alver.

Det nye er at ASIM-observasjonene av både et gammaglimt og en alv lar oss forstå at disse to fenomenene henger sammen. Først blir det produsert et gammaglimt og like etterpå – cirka ti mikrosekund – går det en elektromagnetisk puls fra det synlige lynet.

Denne ser vi igjen som en alv når den vekselvirker med den høyere atmosfæren lenger oppe.

Venter nye spennende resultater

De nye funnene fra instrumentpakken ASIM, som våren 2018 ble sendt opp til den internasjonale romstasjonen, vekker oppmerksomhet i romforskningsmiljøet.

Funnene er nå slått opp med tre artikler i tidsskriftene Science og Journal of Geophysical Research. Sistnevnte er en publikasjon fra The American Geophysical Union (AGU).

En astronaut går her utenfor Den internasjonale romstasjonen. Oppe til høyre i bildet ser vi ASIM-instrumentet, som nå har levert flere banebrytende data.
En astronaut går her utenfor Den internasjonale romstasjonen. Oppe til høyre i bildet ser vi ASIM-instrumentet, som nå har levert flere banebrytende data.

– Birkelandsenteret og ASIM-prosjektet sitt hovedmål er å utvide vår forståelse av fysiske prosesser i vårt nære verdensrom og atmosfære. At både Science og AGU vurderer våre resultater som banebrytende, er nettopp en bekreftelse på at vi gjør denne jobben bra. Vi er selvfølgelig superglade for dette, og det vil nok hjelpe oss stort også i fortsettelsen, sier professor Nikolai Østgaard.

ASIM-prosjektet er nå i samtaler om å forlenge tiden på Den internasjonale romstasjonen til ut 2022.

– Er det noen flere spennende funn i vente?

– Det kommer nå så mye interessante data fra ASIM at vi strever med å holde tritt. Bare i november leverte ASIM to observasjoner som er så spennende at de kan bli gjenstand for to artikler, forteller en engasjert Østgaard og legger til:

– Heldigvis er vi en stor gruppe her ved BCSS som er involvert i disse analysene, og det hjelper godt å kunne diskutere dette fortløpende for å finne ut hva de nye dataene forteller oss. Vi står på videre, og det vil nok komme nye spennende forskningsresultater fra oss om ikke lenge, sier han.

Referanser:

Nikolai Østgaard mfl.: First ten months of TGF observations by ASIM. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2019. (Sammendrag). Doi.org/10.1029/2019JD031214

David Sarria mfl.: The First Terrestrial Electron Beam Observed by The Atmosphere-Space Interactions Monitor. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 2019. (Sammendrag). Doi.org/10.1029/2019JA027071

Torsten Neubert mfl.: A Terrestrial Gamma-ray Flash and Ionospheric Ultraviolet Emissions Powered by Lightning. Science, 2019. (Sammendrag). DOI: 10.1126/science.aax3872

ASIM-instrumentet

For 15 år siden ble romforskere ved UiB med på å bygge og utvikle instrumentpakken Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM) som blant annet inneholder et røntgen- og gammainstrument som Birkelandsenteret for romforskning ved Universitetet i Bergen har spilt en hovedrolle i å utvikle.

ASIM er et prosjekt i regi av Den europeiske romfartsorganisasjonen (ESA). I tillegg til Birkelandsenteret, deltar fagmiljøer fra Danmark, Spania, Polen og Italia.

ASIM-instrumentet ble våren 2018 sendt opp til Den internasjonale romstasjonen. Siden har instrumentet hatt orkesterplass til å studere alt som skjer over skyene når det tordner og lyner.