Fenômeno climático negligenciado produz raios gama em nossa atmosfera: WebCuriosos

Os efeitos elétricos de uma tempestade não se limitam apenas às partes altas da atmosfera. Perto do solo, a atmosfera da Terra vibra com intensos campos eléctricos que aceleram as partículas, lançando electrões de uma forma que força os átomos a brilhar com raios gama.

Do topo de uma montanha na Arménia, os cientistas observaram de perto este misterioso fenómeno meteorológico.

Nas instalações de raios cósmicos do Laboratório Nacional de Ciência Alikhanyan, no Monte Aragats, o físico Ashot Chilingarian e seus colegas têm trabalhado para compreender Melhorias no solo da tempestadeou TGEs.

Este aprimoramento eletromagnético, diz Chilingarian, tem sido negligenciado na pesquisa sobre tempestades – mas pode ser uma peça do quebra-cabeça na nossa compreensão do Universo físico, desde as tempestades aqui na Terra até os raios cósmicos que viajam vastas distâncias através do espaço.

“Todos os dias, ocorrem 40.000 tempestades. Numerosas redes que detectam descargas atmosféricas e satélites com instrumentos ópticos precisos estão monitorando relâmpagos. Mesmo assim, quando iniciamos a pesquisa TGE, ninguém monitorava o enorme fluxo de elétrons de megaelétron-volt (MeV) que bombardeiam nosso planeta e o espaço. acima dele”, disse ele ao WebCuriosos.

“Estabelecemos o SEVAN rede de detectores de partículas há dez anos para monitorar TGEs na Europa Oriental, Alemanha e Armênia. Aceleradores de elétrons com energias de dezenas de MeV cobrem vastos volumes na atmosfera e muitos quilômetros quadrados na superfície da Terra.

“Este enorme fluxo é acompanhado pela vida na Terra ao longo dos seus milhares de milhões de anos de evolução e certamente influencia todos os aspectos do geoespaço e da biosfera.”

Os TGEs consistem em campos elétricos na atmosfera, gerados por tempestades. Dentro desses campos elétricos, os elétrons são acelerados a altas velocidades – velocidades que se aproximam da luz no vácuo, ou velocidades relativísticas.

Estes são conhecidos como avalanches de elétrons relativistasimpulsionado pelo campo elétrico tanto em direção ao solo quanto para cima na atmosfera. São esses elétrons que produzem a radiação.

Quando desaceleram repentinamente, desviados por uma colisão com um núcleo atômico na atmosfera, a perda de energia se manifesta como raios gama – uma forma de radiação conhecida como Radiação Bremsstrahl.

Utilizando a sua rede de detectores, Chilingarian e os seus colegas recolheram dados sobre tempestades em toda a Europa em 2023, realizando medições detalhadas dos electrões e da radiação gama que ocorreram durante os 56 TGE intensos que registaram.

Os TGEs mais intensos ocorreram principalmente de maio a julho, e o mais poderoso foi registrado no Monte Lomnický štít, na Eslováquia, em maio. Para este evento, o fluxo de partículas foi 100 vezes o nível normal em bom tempo. No total, ocorreram sete eventos que excederam o fluxo de tempo bom em mais de 75 por cento.

“Medimos o fluxo estável de elétrons na superfície da Terra, cobrindo cem mil metros quadrados. Algum mecanismo fornece essa estabilidade por um minuto ou mais”, explicou Chilingarian.

“Um enorme feixe de elétrons emerge na nuvem de tempestade, onde a estrutura de carga muda na escala do segundo tempo. As descargas atmosféricas matam a diferença de potencial, mas o fluxo é estável. Foi emocionante medir!”

Surpreendentemente, os investigadores também descobriram que o campo eléctrico está muito mais próximo do solo do que esperavam encontrar. Eles mediram um forte campo elétrico até 50 metros (164 pés) acima do solo.

“Esta descoberta foi surpreendente para os meteorologistas, que não acreditaram até apresentarmos provas exaustivas”, observou Chilingarian.

A consistência da aceleração, capaz de manter o fluxo de partículas por vários minutos, bem como a baixa altura do campo elétrico, revelam novos detalhes sobre a estrutura dos campos elétricos atmosféricos e das tempestades, que não conhecíamos antes.

Por exemplo, os TGEs podem fornecer um caminho pelo qual os raios podem atingir o solo. E o seu papel na geofísica precisa ser investigado. Os pesquisadores fizeram uma banco de dados TGE de acesso aberto disponível para a comunidade científica explorar e analisar.

A pesquisa sobre tempestades é apenas parte do trabalho realizado em Aragats. Este ano, o Sol atingiu um frenesim à medida que se aproxima do máximo solar, o pico do seu ciclo de atividade, enviando partículas para o espaço alimentadas por ejeções de massa coronal.

Chilingarian e os seus colegas também detectaram eventos solares com o equipamento do topo da montanha, publicando três artigos e um quarto a caminho.

“Explosões violentas em nossa galáxia também enviam partículas de energia ultra-alta para o sistema solar. Recentemente, Pevatrons, fontes de 10¹⁵ raios gama eV, foram descobertos. Analisamos criticamente esta descoberta com base em nosso conhecimento da física atmosférica”, disse Chilingarian ao WebCuriosos.

“A sinergia dos aceleradores atmosféricos, espaciais e solares é importante para a compreensão da natureza!”

As descobertas deverão ser publicados em Revisão Física D.