Mystisk gammastråling kommer fra vores egen atmosfære

På himlen over os glimter et mystisk fænomen med jævne mellemrum.

I årevis har fænomenet været overset af videnskaben, for det varer kun ekstremt kort tid – flere hundrede gange kortere tid end et sekund. Alligevel er det så voldsomt, at der opstår energier på op til 20 millioner elektronvolt.

Blandt forskere er fænomenet kendt som jordiske gammaglimt eller TGF (Terrestrial Gamma-Ray Flash), men det er fortsat uklart, hvordan eller hvorfor de mystiske gammaglimt opstår.

»Vi ved det simpelthen ikke. Vi har en klar formodning om, at de bliver skabt i toppen af tordenskyer, men vi er ikke sikre,« siger Torsten Neubert, som er chefkonsulent og forsker i atmosfærisk fysik hos DTU Space ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU).

Han står i spidsen for et storstilet dansk rumprojekt kaldet ASIM (The Atmosphere-Space Interactions Monitor), der har som et af sine primære formål at løse mysteriet om, hvordan de voldsomme glimt af gammastråling opstår i vores atmosfære.

\ Læs mere

ASIM: Danmarks største rumprojekt klar til opsendelse

Fantastisk opdagelse

Gammastråling er grundlæggende set det samme som røntgenstråling, der bruges til at tage røntgenbilleder af dine knogler. Gammastråling er bare mere energirigt og farligt end den røntgenstråling, som du bliver udsat for hos lægen.

Når det gælder de kortvarige glimt af gammastråling fra vores atmosfære er energien så voldsom, at videnskaben endnu ikke forstår, hvordan fænomenet kan opstå, fortæller den amerikanske forsker Stephen Mende.

»Jordiske gammaglimt er en fantastisk og nylig opdagelse,« skriver seniorforsker Stephen Mende fra University of California, Berkeley, USA, i en email til Videnskab.dk

Han mener, at der er brug for forskning i fænomenet, og dermed påpeger han, at danske ASIM er et »yderst rettidigt projekt.«

Troede det var en fejl

Første gang, forskerne opdagede, at voldsomme udbrud af gammastråling kan opstå i vores egen atmosfære, var i 1994.

Dengang var det amerikanske rumfartøj Compton Gamma Ray Observatory sendt af sted for at jagte gammaglimt fra rummet – det vil sige gammastråling, som udsendes, når stjerner eksploderer eller støder sammen.

Sådanne vilde gammastråler fra rummet var i forvejen kendt af forskerne i 1994, men pludselig opfangede instrumenterne ombord på rumfartøjet også nogle andre gammastråler af ukendt karakter.

»I begyndelsen troede man bare, at det var snavs eller støj i målingerne. Der var kun tale om nogle ekstremt kortvarige glimt – meget kortere end et sekund. Men med tiden gik det op for folk, at de samme kortvarige gammaglimt dukkede op, når satellitten var over tordenvejr,« fortæller Torsten Neubert og tilføjer:

»Man gav dem navnet jordiske gammaglimt, fordi de ikke kom fra rummet ligesom de andre gammaglimt, man i forvejen kendte.«

Hvordan opstår TGF?

Siden da er de jordiske gammaglimt blevet observeret talrige gange, men fænomenet er fortsat omgærdet af mystik. Et centralt spørgsmål er, hvordan det overhovedet kan lade sig gøre, at der opstår så voldsomme energiudladninger i vores atmosfære.

Torsten Neubert forklarer, at gammastråling kort fortalt skabes, når elektroner mister energi. ‘Noget’ må altså gøre elektronerne i vores atmosfære meget energirige – og elektronerne slipper af med denne energi ved at udsende gammastråling.

»Vi kan måle denne gammastråling, så vi ved, at den er der. Men vi ved ikke, hvordan den bliver skabt. Hvordan pokker kan elektronerne i vores atmosfære få så høje energier, at de udsender gammastråling? Det er man uenige om i forskningsverdenen,« forklarer Torsten Neubert.

Han tilføjer, at elektronerne i vores atmosfære er nødt til at have energier, som når helt op omkring 10-40 megaelektronvolt, for at kunne udsende gammastråling af den kaliber, som man ser i de jordiske gammaglimt.

Voldsom energi

De voldsomme energier bag jordiske gammaglimt fascinerer også den amerikanske forsker Stephen Mende.

»For få år siden troede vi, at partikler i multi-megaelektronvolt-størrelsen kun kunne blive produceret ved nukleare reaktioner, som naturligt nok kun kan ske i astrofysiske processer med høj energi. Men til vores forbløffelse har vi fundet ud af, at vores egen ’harmløse’ atmosfære udsender sådanne gammastråler i store mængder,« skriver Stephen Mende til Videnskab.dk.

Stephen Mende har tidligere været involveret i et andet rumprojekt, der var designet til at studere gammaglimt fra rummet, men som også opsnappede jordiske gammaglimt. Ifølge Stephen Mende findes der formentlig langt flere jordiske gammaglimt, end dem vi allerede måler.

»Faktisk siger vores nuværende teorier, at satellit-instrumenter kun ser ‘toppen af isbjerget’,« siger den amerikanske forsker.

Opstår i tordenskyer

Flere teorier har gennem tiden været fremført om, hvordan de jordiske gammaglimt bliver skabt.

På et tidspunkt mente man ifølge Torsten Neubert, at de blev skabt af såkaldte røde feer – det vil sige voldsomme elektriske udladninger, som kan forekomme højt oppe over tordenskyer og give et rødt skær til atmosfæren.

I dag er den mest fremherskende teori, at de jordiske gammaglimt bliver udsendt i forbindelse med almindeligt tordenvejr, fortæller Torsten Neubert.

»Man mener, at det kommer fra lyn i toppen af tordenskyen. Vi håber, vi kan finde ud af, hvordan det sker. Hvis vi kan forstå de jordiske gammaglimt, kan vi også lære mere om lyn,« siger han og tilføjer, at videnskaben allerede ved en masse overordnede ting om lyn, men endnu ikke har helt styr på lynets indre anatomi.

»Lyn forgår hurtigt og er farlige fænomener, så det er svært at få indblik i, hvad der foregår inden i lyn. Så jordiske gammaglimt kan være et nyt vindue til at kigge ind i lyn og forstå, hvad der sker derinde.«

Illustrationen viser rumobservatoriet ASIM, som skal studere jordiske gammaglimt. Klik på de røde i-ikoner for at få information om de enkelte instrumenter på ASIM. (Illustrationer: asim.dk, grafik og tekst: Lise Brix/Videnskab.dk)

ASIM skal studere TGF

Det danske rumprojekt ASIM er ifølge Torsten Neubert det hidtil første, som medbringer instrumenter, der er specielt designet til at studere jordiske gammaglimt.

ASIM vil efter planen blive sendt ud i rummet 2. april 2018.

Herefter vil ASIM blive monteret på Den Internationale Rumstation, ISS, hvorfra ASIMs instrumenter skal fotografere og måle de jordiske gammaglimt og andre lyn-fænomener i den øvre del af atmosfæren.

ASIM er det hidtil største danskledede projekt i samarbejde med det europæiske rumagentur ESA, og den samlede pris lyder på cirka 370 millioner kroner.

Du kan læse mere om ASIM i artiklen Danmarks største rumprojekt klar til opsendelse.

I de kommende dage vil du kunne læse mere om andre vilde fænomener, som ASIM skal studere.

\ Læs mere

10 mia. år gammelt gammaglimt opfører sig helt uventet

\ Læs mere

Gammaglimt afslører kosmisk kæmpekollision