物理学：雷雨におけるガンマ線に関する驚くべき発見
Nature
雷雨からのガンマ線の発生は、これまで考えられていたよりも一般的で、より多くの形態をとっている可能性があることを報告する2つの論文が、Natureに掲載される。これらの論文は、さまざまなタイプの放射がどのように相互に関連し、それらの起源を知る手がかりを示している。
これまでの研究では、雷雲による2種類のガンマ線放射が報告されてきた。地球ガンマ線フラッシュ（TGF：terrestrial gamma-ray flashes）として知られる高強度のバーストと、中強度のより長い継続時間のガンマ線グロー（gamma-ray glow ）である。しかし、これらの放射の特徴やどのように発生するかは完全には理解されていない。研究者らは、2023年7月の10回の飛行中に航空機によって収集されたデータを使用して、カリブ海と中央アメリカの海洋と沿岸の雷雨の間に生成されたガンマ線放射を調査した。
Nikolai Østgaardらは、TGFよりも継続時間の長いパルス（TGFは最大100マイクロ秒であるのに対し、FGFは最大250ミリ秒）からなる、明滅ガンマ線フラッシュ（FGF：Flickering Gamma-ray Flashes）と呼ばれる異なるタイプのガンマ線放射を特定した。合計24のFGFが、10回の飛行のうち5回、ガンマ線グローを発する雷雲の上空を通過中に観測され、これらのFGFのうち17回は雷活動を伴っていた。著者らは、FGFはガンマ線グローとして始まり、その後急激に強度を増し、一連のパルスになる可能性を示唆している。FGFは、ガンマ線グローやTGFと同様の特徴を持つことから、著者らはFGFがこの2つの現象の関連性を示す証拠になると提案している。
付随する論文で、Martino Marisaldiらは、航空機によって検出されたガンマ線グローの特性を調査した。その中には、少なくとも3時間にわたって観測された、9,000平方キロメートル以上の領域を占める雷雲システムも含まれていた。著者らは、放射は一般的であり、光っている領域で均一ではないことを発見した。10回の飛行のうち9回の飛行で、調査地域全体で500以上のガンマ線グローが観測され、それぞれのグローは1秒から10秒の間持続した。これらの発見は、ガンマ線グローは最大数百秒持続し、最大20キロメートルの領域にわたって均一に放射されると報告していた以前の研究と矛盾する。
この発見は、雷雲から放射されるガンマ線についての理解を深めるものであり、グローと閃光の間に因果関係があること、そしてこれらの放射が雷の発生に関与している可能性を示唆している。
Østgaard, N., Mezentsev, A., Marisaldi, M. et al. Flickering gamma-ray flashes, the missing link between gamma glows and TGFs. Nature 634, 53–56 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07893-0
Gamma ray generation from thunderstorms may be more common and take more forms than previously thought, according to two studies published in Nature. The papers offer new insights into how the various types of emission are interrelated, with clues as to their origin.
Previous research has reported two types of gamma-ray emissions by thunderclouds — high intensity bursts known as terrestrial gamma-ray flashes (TGFs), and moderate intensity longer-duration gamma-ray glows. However, characteristics of these emissions and how they are produced are not fully understood. Using data collected by aircraft during ten flights in July 2023, researchers investigated gamma-ray emissions produced during ocean and coastal thunderstorms over the Caribbean and Central America.
Nikolai Østgaard and colleagues identified a different type of gamma-ray emission called flickering gamma-ray flashes (FGFs), which consist of pulses with a longer duration than those of TGFs (FGFs lasted up to 250 milliseconds, compared to up to 100 microseconds for TGFs). In total, 24 FGFs were observed while passing over thunderclouds emitting gamma-ray glows during five of the ten flights; 17 of these FGFs were followed by lightning activity. The authors suggest that FGFs may start as gamma-ray glows before increasing suddenly in intensity and becoming a sequence of pulses, and may also have a role in some lightning initiation. As FGFs share similar features to gamma-ray glows and TGFs, the authors propose that FGFs could provide evidence of links between the two phenomena.
In an accompanying paper, Martino Marisaldi and colleagues investigated the properties of gamma-ray glows detected by the aircraft. These included a thundercloud system occupying an area of more than 9,000 square kilometres that was observed glowing for at least three hours. The authors found that emissions were common and not uniform over a glowing region. More than 500 individual gamma-ray glows were observed over the entire study area during nine of the ten flights, with each glow each lasting between one and 10 seconds. These findings contradict those of previous studies, which reported that gamma-ray glows last up to hundreds of seconds and are emitted uniformly over areas of up to 20 kilometres.
Together, the findings improve our understanding of gamma-ray emissions from thunderclouds, suggesting a causal link between the glows and the flashes, and a possible role for these emissions in the subsequent initiation of lightning.
doi: 10.1038/s41586-024-07893-0
「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。
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