Eine aktuelle Forschung, geleitet von der Universität Bergen, zeigt, dass große Gewitter hochenergetische Gammastrahlen emittieren, ein Phänomen, das verbreiteter und komplexer ist als zuvor angenommen. Diese bahnbrechende Entdeckung wurde am 16. Oktober 2024 in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
NASA-Satelliten hatten in den 1990er Jahren hochenergetische Partikel aus Gewittern entdeckt, die ursprünglich zur Beobachtung kosmischer Ereignisse wie Supernovae konzipiert waren. Um dies weiter zu untersuchen, nutzte ein internationales Team von Wissenschaftlern ein modifiziertes U2-Spionageflugzeug, um über diese Stürme zu fliegen und vor Ort Analysen durchzuführen.
Steve Cummer, Professor an der Duke University und Mitautor der Studie, erklärte: "In Gewittern geschehen viel mehr Phänomene, als wir uns vorgestellt haben. Im Wesentlichen erzeugen alle großen Gewitter den ganzen Tag über in verschiedenen Formen Gammastrahlen." Die Studie macht deutlich, dass die Physik hinter der Erzeugung dieser hochenergetischen Ausbrüche gut verstanden ist.
Während sich Gewitter entwickeln, interagieren wirbelnde Luftströme mit Wassertröpfchen, Hagel und Eis und erzeugen eine elektrische Ladung, die mit der durch das Reiben eines Ballons an einem Handtuch vergleichbar ist. Positive Partikel sammeln sich an der Spitze des Gewitters, während negative Partikel am Boden liegen, was ein elektrisches Feld erzeugt, das potenziell so stark ist wie 100 Millionen AA-Batterien.
Wenn geladene Partikel wie Elektronen auf dieses intensive Feld treffen, beschleunigen sie sich. Wenn sie genügend Geschwindigkeit erreichen und mit Luftmolekülen kollidieren, können sie hochenergetische Elektronen ausstoßen, was einen Kaskadenprozess auslöst, der zu nuklearen Reaktionen und der Produktion von Gammastrahlen, Antimaterie und anderen Strahlungsformen führen kann.
Die Studie stellte fest, dass Gammastrahlung kein seltenes Ereignis ist; während eines Monats von Forschungsflügen über große tropische Stürme südlich von Florida beobachtete das Team in 9 von 10 Flügen Gammastrahlung. Diese konstante Strahlungsabgabe wird mit Dampf verglichen, der aus einem kochenden Topf entweicht, was auf eine Grenze der Energie hinweist, die sich in diesen Stürmen ansammeln kann.
Darüber hinaus identifizierte das Team mehrere kurzzeitige Gammastrahlenausbrüche, die häufig mit aktiven Blitzentladungen übereinstimmten, was darauf hindeutet, dass die von Blitzen erzeugten elektrischen Felder wahrscheinlich die Energie von Elektronen erhöhen und hochenergetische nukleare Reaktionen erleichtern. Sie erfassten auch zwei zuvor unbekannte Arten von Gammastrahlenausbrüchen: eine, die weniger als eine Millisekunde dauert, und eine andere, die eine schnelle Sequenz von zehn einzelnen Ausbrüchen innerhalb einer Zehntelsekunde umfasst.
Obwohl die Strahlung nur dann gefährlich ist, wenn man sich in der Nähe ihrer Quelle befindet, merkt Cummer an, dass die Gefahren von Turbulenzen und extremen Winden in aktiven Sturmkernen für Flugzeuge von größerer Bedeutung sind.