Bouřkový mrak působí zespodu jako známá směs vody, ledu, větru a elektřiny. Ve výšce, kam se běžné dopravní letadlo nedostane, ale může ukrývat ještě něco mnohem méně očekávaného: zdroj gama záření. To je nejenergetičtější forma elektromagnetického záření, známá například z jaderných procesů nebo vzdálených vesmírných objektů. Vědci už delší dobu věděli, že se během bouřek objevují krátké gama záblesky. Nová pozorování však ukázala, že tropické bouřkové systémy dokážou produkovat toto záření daleko častěji, na větší ploše a proměnlivěji, než se předpokládalo.
Klíčová data přinesla kampaň ALOFT v červenci 2023. Výzkumníci vyslali výškový letoun NASA ER-2 nad bouře u Floridy, v Karibiku a nad Střední Amerikou. Letadlo létalo přibližně ve výšce 20 km, tedy těsně nad vrcholky nejvyšších bouřkových mraků, a neslo přístroje pro měření gama záření, elektrických polí i bleskové aktivity. Výhodou nebylo jen to, že se detektor dostal blízko zdroje. Přístroje také posílaly údaje na zem v reálném čase, takže pozemní tým mohl pilotovi doporučit návrat k bouřkové buňce, která dál zářila.
Podle studie zveřejněné v časopise Nature nebyl takový mrak rovnoměrně svítícím tělesem. V jeho nitru se objevovaly a mizely oblasti se zvýšenou produkcí gama záření v rytmu sekund, někdy i zlomků sekundy. Autoři popsali tento obraz přirovnáním k vařícímu kotli: aktivní oblasti se v bouři neustále přeskupují, zesilují a slábnou. Namísto dřívější představy poměrně klidného, dlouhotrvajícího „gama svitu“ se ukázal dynamický systém plný krátkých epizod.
Zajímavý je i rozměr jevu. Pozorované vyzařování nebylo omezené na malý bod u jediného blesku. Nad oceánem a pobřežím mohly gama aktivní části tropických bouří zabírat plochu až několika tisíc kilometrů čtverečních a emise se vyskytovaly po celé hodiny. Neznamená to, že by každý kout takového mraku neustále vyzařoval stejně intenzivně. Právě naopak: rozsáhlá bouře se podle měření skládala z množství proměnlivých oblastí, které se střídaly v aktivitě.
Elektrony zrychlené uvnitř mraku
Zdrojem záření nejsou radioaktivní látky, které by bouře nabírala ze země. V silných elektrických polích uvnitř mraků se mohou urychlit elektrony. Když pak prolétají vzduchem a míjejí atomová jádra, ztrácejí část energie ve formě vysokoenergetických fotonů gama záření. Jde o stejný základní fyzikální princip, který se označuje jako brzdné záření: nabitá částice při změně pohybu vyzáří energii. Bouřka se tak na chvíli chová jako přírodní urychlovač částic, i když její výkon a uspořádání jsou proměnlivé a obtížně měřitelné.
Vedle dlouhodobějších gama emisí tým zachytil i dosud nepopsaný typ rychlých, přerušovaných záblesků. Tyto „blikající“ gama záblesky trvaly desítky až stovky milisekund a svými vlastnostmi ležely mezi dvěma známými kategoriemi: déle trvajícím gama svitem a velmi krátkými terestrickými gama záblesky. Druhá studie, rovněž publikovaná v časopise Nature, proto naznačila, že dělení bouřkového gama záření do dvou přísně oddělených skupin bylo příliš jednoduché. V mraku zřejmě existuje plynulejší škála procesů, které se mohou rychle proměňovat.
Souvislost s blesky je lákavá, ale zatím není vyřešená. Gama emise se často objevují v elektricky aktivních bouřích a některé končí náhle s výbojem, přesto z měření neplyne, že gama záření blesk přímo spouští. Výzkum spíše otevírá možnost lépe sledovat, jak se v bouřkovém oblaku hromadí a přerozděluje elektrický náboj těsně před výboji. NASA při popisu kampaně ALOFT upozornila, že právě blízká měření nad mraky umožnila zachytit dosud nejpodrobnější obraz tohoto procesu. Běžná bouřka tak není jen meteorologický jev viditelný z okna, ale také neklidná laboratoř vysokoenergetické fyziky.
Tento článek byl vytvořen s pomocí umělé inteligence a redakčně zkontrolován.