Novas observações de um avião espião U2 modificado revelam uma quantidade e variedade surpreendentes de raios gama produzidos em grandes tempestades tropicais. Os satélites da NASA foram originalmente projetados para detectar partículas de alta energia no universo, mas descobriram acidentalmente explosões de raios gama originadas de tempestades na Terra. Pesquisas subsequentes conduzidas pela NASA usando o avião espião U2 descobriram que esses raios gama são comuns em tempestades, manifestam-se de várias formas e estão relacionados à atividade elétrica em tempestades. A descoberta revela um processo dinâmico complexo envolvendo elétrons de alta velocidade e reações nucleares que também podem influenciar a formação de raios.
Na década de 1990, os satélites da NASA construídos para detectar partículas de alta energia de supernovas e outros corpos celestes descobriram uma surpresa: explosões de raios gama de alta energia vindas da Terra.
Embora não tenha demorado muito para os pesquisadores descobrirem que essas partículas radioativas sobrecarregadas vieram de tempestades, como esse fenômeno ocorre tão comumente permanece um mistério. Os satélites não são projetados para detectar radiação gama da Terra; eles precisam estar no lugar certo na hora certa para detectar a radiação gama.
Depois de anos usando plataformas nada ideais para a tarefa, um grupo de cientistas agora teve a chance de pilotar um avião espião U2 modificado de propriedade da NASA durante a tempestade para dar uma olhada adequada. Em dois novos artigos publicados em 3 de outubro na Nature, a equipe descobriu que os raios gama produzidos em tempestades são muito mais comuns do que se pensava e que a dinâmica que produz a radiação guarda mistérios ainda não resolvidos.
“Há muito mais coisas acontecendo nas tempestades do que pensávamos”, disse Steve Cummer, ilustre professor de engenharia William H. Young na Duke University. “Acontece que essencialmente todas as grandes tempestades produzem raios gama em muitas formas diferentes ao longo do dia”.
A física geral por trás de como as tempestades produzem flashes de raios gama de alta energia não é misteriosa. Quando ocorrem tempestades, correntes de ar em turbilhão varrem gotas de água, granizo e gelo para a mistura, criando uma carga elétrica como um balão esfregando em sua camisa. As partículas carregadas positivamente acabam no topo da tempestade, enquanto as partículas carregadas negativamente caem no fundo, criando um enorme campo elétrico com a força de 100 milhões de baterias AA empilhadas de ponta a ponta.
Quando outras partículas carregadas, como os elétrons, se encontram em um campo elétrico tão forte, elas aceleram. Se eles acelerarem a uma velocidade alta o suficiente e atingirem moléculas de ar, eles eliminarão mais elétrons de alta energia. Este processo avança passo a passo até que a energia gerada pela colisão seja suficiente para causar uma reação nuclear, produzindo raios gama extremamente fortes e rápidos, antimatéria e outras formas de radiação.
Mas esse não é o fim da história sobre a radiação gama das tempestades. Aviões voando perto de tempestades também viram fracos brilhos de radiação gama nas nuvens. Essas tempestades parecem ter energia suficiente para produzir ondas de radiação gama em baixa altitude, mas algo as impede de produzir explosões explosivas como grãos de milho estourando.
“Várias aeronaves tentaram descobrir se estes fenómenos são comuns, mas tiveram resultados mistos, e vários voos sobre os Estados Unidos não detectaram qualquer radiação gama”, disse Cuomo. "Este projeto foi concebido para resolver essas questões de uma vez por todas."
A equipe de pesquisa obteve acesso à aeronave científica aerotransportada de alta altitude ER-2 da NASA. Um avião espião U2 modificado, remanescente da Guerra Fria, voa duas vezes mais alto que um avião comercial e cerca de cinco quilômetros acima da maioria das tempestades. Também é muito rápido, dando à equipe a oportunidade de selecionar com precisão as tempestades que consideram mais prováveis de produzir resultados.
“A aeronave ER-2 será a plataforma definitiva para a observação de raios gama em nuvens de trovoada”, disse Nikolai Østgaard, professor de física espacial na Universidade de Bergen, na Noruega, e pesquisador principal do projeto. "Voando a uma altitude de 20 quilômetros (12,4 milhas), podemos voar diretamente sobre o topo das nuvens e chegar o mais próximo possível da fonte de raios gama."
Como o ER-2 era a solução perfeita e a equipe sobrevoaria tempestades adequadas, os pesquisadores imaginaram que veriam poucos ou nenhum dos fenômenos se fossem raros. Mas se esses fenômenos forem comuns, serão muito vistos.
Ao longo de um mês, o ER-2 voou 10 vezes sobre grandes tempestades no sul tropical da Flórida. Em nove dessas ocasiões, observou esta radiação gama simulada, que também foi mais dinâmica do que o esperado.
Martino Marisaldi, professor do Departamento de Física e Tecnologia da Universidade de Bergen, disse: "A dinâmica das nuvens de tempestade com luminescência de raios gama é completamente oposta às imagens anteriores de luminescência quase estática, e são mais como uma panela gigante de luminescência de raios gama em padrão e comportamento."
Considerando que as tempestades típicas nos trópicos são muito maiores do que as de outras latitudes, isto sugere que mais da metade das tempestades nos trópicos são radioativas. Os pesquisadores especulam que a produção dessa radiação gama de baixo nível atua como vapor fervendo em uma panela com água, limitando o acúmulo de energia em seu interior.
Igualmente emocionante para os pesquisadores, eles também descobriram muitas explosões curtas e intensas de raios gama originadas da mesma tempestade. Algumas delas são muito semelhantes às explosões de raios gama originalmente detectadas pelos satélites da NASA. Esses fenômenos quase sempre ocorrem simultaneamente com descargas atmosféricas ativas. Isto sugere que os grandes campos eléctricos gerados pelos relâmpagos provavelmente sobrecarregam os electrões já energéticos, permitindo-lhes produzir reacções nucleares de alta energia.
Mas existem pelo menos dois outros tipos de explosões curtas de raios gama que nunca foram vistas antes. Uma foi incrivelmente curta, menos de um milésimo de segundo, enquanto a outra foi uma série de cerca de 10 explosões separadas de raios gama que se repetiram durante cerca de um décimo de segundo.
“Essas duas novas formas de radiação gama são as que considero mais interessantes”, disse Cuomo. Eles não parecem estar relacionados ao desenvolvimento de raios. Eles aparecem espontaneamente de alguma forma. Os dados sugerem que eles podem, na verdade, estar relacionados ao processo que desencadeia os raios, o que permanece um mistério para os cientistas. "
Se alguém está preocupado em ser transformado no Hulk por toda essa radiação gama, não fique. A quantidade de radiação produzida só é perigosa se uma pessoa ou objeto estiver próximo da fonte. “Se você estiver lá, a radiação será a menor das suas preocupações. As aeronaves evitarão voar no centro de tempestades ativas devido à turbulência extrema e aos ventos fortes”, disse Cuomo. "Mesmo sabendo o que sabemos agora, eu não estaria mais preocupado em voar do que antes."
Compilado de /scitechdaily