Vào những năm 1990, các vệ tinh của NASA được chế tạo để xác định các hạt năng lượng cao đến từ siêu tân tinh và các vật thể có kích thước thiên thể khác đã phát hiện ra các vụ nổ bức xạ gamma năng lượng cao không chỉ có ở ngoài vũ trụ mà còn đến từ ngay Trái đất. Các nhà nghiên cứu xác định rằng các tia gamma năng lượng cao này có nguồn gốc từ các cơn giông bão với tần suất xảy ra hiện tượng chưa rõ ràng. Các vệ tinh không được chế tạo để phát hiện bức xạ gamma đến từ Trái đất nên chúng cần phải ở đúng vị trí vào đúng thời điểm.
Sau nhiều năm sử dụng các nền tảng không hoàn toàn phù hợp cho nhiệm vụ phát hiện bức xạ gamma Trái đất, các nhà khoa học đã tiến hành khảo sát bức xạ gamma từ các cơn bão thông qua một loại máy bay do thám U2 được NASA cải tiến. Trong hai bài báo mới được công bố trên tạp chí Nature, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng bức xạ gamma được tạo ra trong các cơn giông bão là khá phổ biến và nguyên nhân tạo ra bức xạ này vẫn chưa được giải đáp. Nhóm cũng khẳng định về cơ bản, tất cả các cơn giông bão lớn đều tạo ra tia gamma dưới nhiều dạng khác nhau.
(Ảnh: CC0 Public Domain)
Nguyên lý chung về cách mà giông bão tạo ra các tia bức xạ gamma năng lượng cao không phải hiện đã được xác định. Khi giông bão phát triển, luồng gió xoáy đẩy các giọt nước, mưa đá và băng vào hỗn hợp tạo ra điện tích giống như chà một quả bóng bay lên áo. Các hạt tích điện dương sẽ bay lên đỉnh cơn bão trong khi các hạt tích điện âm sẽ rơi xuống đáy, tạo ra một trường điện cực lớn có thể mạnh bằng 100 triệu cục pin AA xếp chồng lên nhau. Khi các hạt tích điện khác như electron trong một trường điện mạnh như vậy, chúng sẽ bị gia tốc. Nếu chúng gia tốc đến tốc độ đủ lớn và vô tình va chạm với một phân tử không khí, chúng sẽ đánh bật nhiều electron năng lượng cao hơn. Quá trình này diễn ra liên tục cho đến khi các vụ va chạm có đủ năng lượng để tạo ra phản ứng hạt nhân, tạo ra các tia gamma, phản vật chất và các dạng bức xạ khác cực mạnh và cực nhanh.
Nhưng đó chưa phải là điểm kết thúc để tạo ra bức xạ gamma từ giông bão. Máy bay bay gần giông bão cũng xác định được một luồng bức xạ gamma yếu phát ra từ các đám mây. Những cơn bão này dường như có đủ năng lượng để tạo ra bức xạ gamma ở mức độ thấp, nhưng có thứ gì đó ngăn cản việc tạo ra một vụ nổ. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng Máy bay tầm cao ER-2 của NASA. Một máy bay do thám U2 được cải tiến còn sót lại từ thời Chiến tranh Lạnh, nó bay cao gấp đôi máy bay thương mại và cao hơn hầu hết các cơn giông bão khoảng ba dặm. Loại máy bay này có tốc độ cực kỳ nhanh, tạo ra cơ hội chọn chính xác những cơn giông bão mà nhóm nghiên cứu nghĩ là có nhiều khả năng sản sinh bức xạ gamma.
Máy bay U2 của NASA
Máy bay ER-2 trở thành nền tảng quan sát tối ưu cho tia gamma từ các đám mây dông. Bay ở độ cao 20 km [12,4 dặm], máy bay này có thể bay trực tiếp qua đỉnh đám mây, gần nguồn tia gamma. Vì ER-2 là giải pháp hoàn hảo và bay được qua đúng các cơn bão, nên các nhà nghiên cứu cho rằng nếu những hiện tượng này hiếm gặp, thì họ hầu như không nhìn thấy bất kỳ cơn bão nào. Nhưng nếu chúng phổ biến, thì họ sẽ nhìn thấy rất nhiều. Và họ đã nhìn thấy rất nhiều.
Trong suốt một tháng, ER-2 đã thực hiện 10 chuyến bay qua các cơn bão lớn ở vùng nhiệt đới phía nam Florida và 9 trong số đó đã mang lại các quan sát về bức xạ gamma. Động lực tạo ra các đám mây dông phát gamma hoàn toàn trái ngược với hình ảnh bán tĩnh trước đây về các tia sáng, khá giống với một nồi phát gamma khổng lồ về cả kiểu mẫu và hành vi. Với kích thước của một cơn giông điển hình ở vùng nhiệt đới, lớn hơn nhiều so với các cơn bão ở các vĩ độ khác, điều này cho thấy hơn một nửa số cơn giông ở vùng nhiệt đới là phóng xạ. Các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng sản xuất bức xạ gamma ở mức độ này hoạt động giống như hơi nước sôi từ một nồi nước và hạn chế lượng năng lượng có thể tích tụ bên trong. Các nhà nghiên cứu cũng rất phấn khích khi thấy nhiều vụ nổ bức xạ gamma cường độ cao và kéo dài trong thời gian ngắn xuất phát từ cùng một cơn giông bão. Một số trong số này giống hệt như những vụ nổ ban đầu được vệ tinh NASA phát hiện. Những vụ nổ này hầu như luôn xảy ra cùng với một vụ phóng điện sét hoạt động. Điều này cho thấy rằng trường điện lớn do sét tạo ra có khả năng đang nạp điện cho các electron năng lượng cao vốn đã có, cho phép chúng tạo ra các phản ứng hạt nhân năng lượng cao. Nhưng cũng có ít nhất hai loại vụ nổ bức xạ gamma ngắn khác chưa từng thấy trước đây. Một loại cực kỳ ngắn, chưa đến một phần nghìn giây, trong khi loại còn lại là một chuỗi khoảng 10 vụ nổ riêng lẻ lặp lại trong khoảng một phần mười giây.
Máy bay ER-2 High-Altitude của NASA
Hai dạng bức xạ gamma mới này là những bí ẩn thấy thú vị nhất từng được phát hiện. Chúng dường như không liên quan đến việc phát triển các tia sét. Chúng xuất hiện một cách tự phát theo một cách nào đó. Dữ liệu cho thấy chúng thực sự có thể liên quan đến các quá trình khởi tạo các tia sét và là một bí ẩn đối với các nhà khoa học. Nếu có ai đó lo lắng về việc biến thành Hulk do các bức xạ gamma này, thì họ không nên lo lắng. Lượng bức xạ được tạo ra sẽ chỉ nguy hiểm nếu một người hoặc một vật thể ở gần nguồn phát ra.
Từ khóa: bức xạ; gamma;
– CMD –
