Pohled na blesk, který za bouře prořízne oblohu a propojí oblaka se zemí, někoho fascinuje a jiného zase děsí. Vědci se však na celý jev dívají mnohem podrobněji. Většina této energické aktivity se odehrává vysoko nad povrchem v horních vrstvách zemské atmosféry. V této velké výšce blesky vytváří krátké výrony gama záření, které se řadí mezi nejenergičtější přirozeně se vyskytující jevy na naší planetě. Vědci nedávno začali tyto výboje označované jako TGF (terrestrial gamma-ray flash) měřit pomocí senzorů umístěných na Mezinárodní kosmické stanici. Tento výzkum pomáhá odhalit mechanismy stojící za vznikem výbojů, kterým říkáme blesky.

Jevy, které zkoumá přístroj ASIM.
Zdroj: http://www.esa.int
Překlad: Dušan Majer

Zmíněné senzory jsou součástí evropského přístroje ASIM (Atmosphere-Space Interactions Monitor), který je umístěn na vnějším plášti stanice, aby odsud hleděl k Zemi, studoval tisíce bouří, nad kterými stanice přelétává a hledal jejich vliv na zemskou atmosféru a klima. ASIM také kromě zmíněných TGF zaznamenal jiné druhy vysokoatmosférických blesků, které se označují jako TLE (transient luminous events). Vědci mohli díky rychlému sběru dat z ASIM určit sekvenci jevů, které vytváří TGF – výsledkem je studie nedávno vydaná v časopise Science.

„Díky ASIM můžeme vidět, jak atmosféra a oblaka bublají jako hrnec s polévkou na plotně,“ popisuje Torsten Neubert z Národního kosmického institutu při Dánské technické univerzitě, který novou studii vedl a dodává: „Konvekční proudění přináší do horní atmosféry vlhkost, prach a další částice. Tyto faktory pak mohou ovlivňovat rovnováhu vyzařování Země. Blesk funguje jako měřidlo této konvekce a může být snadno dosazen do meteorologických i klimatických modelů.“

Blesk je náhlý elektrický výboj, který dočasně vyrovná opačné elektrické náboje – ať už v různých částech mraku nebo mezi mrakem a povrchem Země. Nabíjení mraků je poháněno konvekcí, při které jsou lehké ledové částice vynášeny vzhůru a ty těžší klesají dolů vlivem gravitace. Když dojde ke kolizi těchto částic, vymění si mezi sebou náboje – lehké částice nesou pozitivní náboj, zatímco ty těžké mají náboj záporný. Atmosféra samotná funguje jako izolant mezi těmito elektrickými poli až do chvíle, než síla těchto nábojů překoná izolační schopnosti atmosféry. Pak se vytvoří vedoucí výboj – v podstatě dlouhá jiskra spojující různé části mraku, nebo mrak a povrch Země. K záblesku dojde ve zlomku sekundy, takže jej lidské oko spatří jen stěží. Jakmile se vedoucí výboj dotkne Země, objeví se jasný záblesk s vysokým proudem – dojde k úderu blesku.

Umělecká představa emisí ve více vlnových délkách podle měření přístroje ASIM. Světle modrá odpovídá blesku, fialová představuje výboj TGF a bílo-červeně je zobrazen elf – expandující kruh ultrafialového záření vyvolaný elektromagnetickým pulsem.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Neubert a jeho tým pozorovali, že k TGF dochází na počátku pulsní proudové fáze blesku, která následně vytvoří elfa. Elfové jsou v tomto smyslu označením pro expandující vlny ultrafialového záření, které se šíří ionosférou vysoko nad bouřkovou oblačností – podobně jako se po hladině šíří vlny od vhozeného kamínku. Měření ukázala, že počátek proudové fáze nastává rychle s vysokou amplitudou – elektrická pole vytváří gama záblesk spojený s vedoucím výbojem. Tato měření prokázala spojitost mezi TLE a TGF.

Když bouře vytvoří hodně energické elektrony, které vystřelí do horních vrstev atmosféry, tak se jejich trvání počítá pouze na milisekundy. Za tuto krátkou dobu však dokáží vytvořit rentgenové a gama záření, které ASIM dokáže změřit. Experiment nyní pomohl přesně určit, jak dochází k uvolnění těchto elektronů. „Když si blesk hledá cestu mrakem, atmosféra za ním se může rozpadnout na velmi rychlý impuls opravdu vysokého proudu,“ říká Neubert a dodává: „Při tomto procesu dochází k vyhození elektronů, které vytvoří jasné záblesky. Pochopení tohoto procesu odhaluje vnitřní život blesku.“

Jelikož blesky mohou být nebezpečné, vědci je chtějí studovat v laboratořích, ale tyto metody nedokáží odhalit jejich pravou podstatu. „Můžeme použít tuto novou informaci k určení, kolik vysokoenergického záření je vytvořeno, abychom lépe porozuměli procesům uvnitř blesků,“ vysvětluje Neubert. K jevům TGF dochází ve velkých výškách výrazně nad běžnými blesky a bouřkovou oblačností, takže jejich měření bývá složité. Jelikož ISS obíhá na nízké oběžné dráze, představuje ideální místo pro umístění přístroje ASIM. Jeho senzory mířící k povrchu tak mohou zachytit velké množství fotonů z blesků.

Vizualizace umístění přístroje ASIM na modulu Columbus. ASIM je ta spodní „krabice“.
Zdroj: http://www.esa.int

NASA měřila vlastnosti blesků 17 let od roku 1997 pomocí  přístroje LIS (Lightning Imaging Sensor), který byl součástí družice TRMM (Tropical Rainfall Measurement Mission). Její oběžná dráha však byla vůči rovníku skloněna jen o 35° a tak družice přelétávala většinou jen nad tropickými oblastmi. Identický přístroj LIS byl v roce 2017 instalován i na Mezinárodní kosmickou stanici, která díky sklonu 56° vůči rovníku nabízí pokrytí mnohem většího území zemského povrchu. Data z LIS pomohla vědcům prozkoumat vztahy mezi blesky a počasím. Kombinace dat z LIS, ASIM a dalších přístrojů podle Neuberta pomůže vědcům vytvořit přesnější předpovědi počasí.

„Brzy budeme mít nepřetržité a téměř kompletní globální monitorování blesků z amerických, evropských a čínských přístrojů na geostacionární oběžné dráze. Toto pokrytí zlepší předpovědi počasí a klimatu, protože dostanete návod, jak data používat. Tady si myslíme, že jde o místo, kde ASIM pomůže,“ říká Neubert. „Je to neuvěřitelně vzrušující doba.“

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/3_iss057e055409.jpg
http://www.esa.int/…/17452256-1-eng-GB/Storm_hunter_infographics.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/2_thunderstorm_multi_wave_emission.png
http://www.esa.int/…/17433802-1-eng-GB/Mounted_on_Columbus.jpg