Cerca de mil vezes por dia, tempestades disparam rajadas fugazes de algumas das luzes de mais alta energia encontradas naturalmente na Terra. Estes eventos, chamados flashes de raios gama terrestres (TGFs), duram menos de um milissegundo e produzem raios gama com dezenas de milhões de vezes a energia da luz visível. Desde o seu lançamento em 2008, O Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray da NASA registrou mais de 4, 000 TGFs, que os cientistas estão estudando para entender melhor como o fenômeno se relaciona com a atividade dos raios, a força da tempestade e o ciclo de vida das tempestades.

Agora, pela primeira vez, uma equipe de cientistas da NASA analisou dezenas de TGFs lançados pelos maiores e mais fortes sistemas meteorológicos do planeta:tempestades tropicais, furacões e tufões. Um artigo descrevendo a pesquisa foi publicado em 16 de março no Journal of Geophysical Research:Atmospheres .

"Um dos resultados é a confirmação de que a intensidade da tempestade por si só não é o fator chave para a produção de TGFs, "disse Oliver Roberts, que liderou o estudo na University College Dublin, Irlanda, e agora está no Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama. "Descobrimos que alguns TGFs foram feitos nas bandas externas de chuva de grandes tempestades, centenas de quilômetros das poderosas paredes dos olhos em seus centros, e um sistema fraco que disparou vários TGFs em um dia. "

Os cientistas suspeitam que os TGFs surgem de fortes campos elétricos próximos ao topo das tempestades. Sob certas condições, esses campos se tornam fortes o suficiente para impulsionar uma "avalanche" de elétrons para cima quase à velocidade da luz. Quando esses elétrons acelerados correm pelas moléculas de ar, seus caminhos se desviam ligeiramente. Essa mudança faz com que os elétrons emitam raios gama.

O Gamma-ray Burst Monitor (GBM) da Fermi detecta TGFs que ocorrem dentro de cerca de 500 milhas (800 quilômetros) do local diretamente abaixo da espaçonave. Em 2012, Cientistas do GBM empregaram novas técnicas que efetivamente atualizaram o instrumento, aumentando sua sensibilidade e levando a uma maior taxa de detecções de TGF.

Essa taxa de descoberta aprimorada ajudou a equipe do GBM a mostrar que a maioria dos TGFs também geram um pulso forte de ondas de rádio de frequência muito baixa, sinais anteriormente atribuídos apenas a raios. Instalações como a Total Lightning Network operada pela Earth Networks em Germantown, Maryland, e a World Wide Lightning Location Network, uma colaboração de pesquisa administrada pela Universidade de Washington em Seattle, pode localizar pulsos de rádio produzidos por raios e TGF em até 6 milhas (10 km) em qualquer lugar do globo.

"A combinação de dados de TGF do GBM com posições precisas dessas redes de detecção de raios abriu nossa capacidade de conectar as explosões a tempestades individuais e seus componentes, "disse o co-autor Michael Briggs, diretor assistente do Centro de Plasma Espacial e Pesquisa Aeronômica da Universidade de Huntsville (UAH).

A equipe estudou 37 TGFs associados a, entre outras tempestades, tufões Nangka (2015) e Bolaven (2012), Furacão Paula (2010), as tempestades tropicais Sonia e Emang de 2013 e o furacão Manuel, e a perturbação que mais tarde se tornaria o furacão Julio em 2014.

"Em nosso estudo, Julio detém o recorde de TGFs, disparando quatro em 100 minutos em 3 de agosto, 2014, outro no dia seguinte, e então não mais para a vida da tempestade, "Roberts disse." A maior parte dessa atividade ocorreu quando Julio passou por uma rápida intensificação em uma depressão tropical, mas muito antes de se tornar uma tempestade com nome. "

O que os cientistas aprenderam até agora é que os TGFs de sistemas tropicais não têm propriedades mensuravelmente diferentes de outros TGFs detectados por Fermi. Tempestades mais fracas são capazes de produzir um maior número de TGFs, que pode surgir em qualquer lugar durante a tempestade. Em sistemas mais desenvolvidos, como furacões e tufões, TGFs são mais comuns nas bandas de chuva mais externas, áreas que também hospedam as maiores taxas de raios nessas tempestades.

A maioria dos TGFs de tempestades tropicais ocorreu à medida que os sistemas se intensificaram. O fortalecimento das correntes ascendentes leva as nuvens para o alto da atmosfera, onde podem gerar campos elétricos poderosos, preparando o cenário para relâmpagos intensos e para as avalanches de elétrons que se acredita produzirem TGFs.

Os TGFs foram descobertos em 1992 pelo Compton Gamma-Ray Observatory da NASA, que operou até 2000.

O Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray é uma parceria de astrofísica e física de partículas administrada pelo Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. Fermi foi desenvolvido em colaboração com o Departamento de Energia dos EUA, com contribuições importantes de instituições acadêmicas e parceiros na França, Alemanha, Itália, Japão, Suécia e Estados Unidos.

O GBM Instrument Operations Center está localizado no National Space Science Technology Center em Huntsville. A equipe GBM inclui uma colaboração de cientistas da UAH, Marshall Space Flight Center da NASA, o Instituto Max Planck de Física Extraterrestre na Alemanha, University College Dublin na Irlanda e outras instituições.