Localizações dos detectores na Central Nuclear de Kashiwazaki-Kariwa. Os círculos laranja mostram os detectores A – C, círculos azuis monitorando postagens (MPs), e a estrela verde a posição estimada onde ocorreu o TGF. O tamanho dos círculos azuis indica a dose do TGF presente. Cruzes vermelhas e elipses tracejadas mostram as posições das descargas atmosféricas e seus erros relatados pela JLDN, respectivamente. Os números 1–3 indicam a ordem de tempo dessas descargas. O detector B e o MP6 são instalados co-espaciais. Os dados MP8 não estavam disponíveis no presente estudo. Crédito:Wada et al.
O relâmpago é um fenômeno único e fascinante que tem sido estudado há séculos. Embora agora tenhamos uma melhor compreensão deste espetáculo que ocorre naturalmente, muitos de seus segredos ainda não foram descobertos.
Por várias décadas, os pesquisadores estão cientes de que os relâmpagos são acompanhados por flashes de raios gama, um tipo de radiação eletromagnética. Esses flashes podem estar voltados para baixo (ou seja, direcionados ao solo) ou voltados para cima (ou seja, direcionados para cima no espaço).
A maioria dos estudos anteriores observou esses flashes do espaço, e, portanto, focalizaram principalmente os flashes de raios gama voltados para cima. Em um novo estudo intrigante, uma equipe de pesquisa da Universidade de Tóquio e outras universidades japonesas investigaram pela primeira vez as emissões descendentes de raios gama que ocorrem durante tempestades. Seu papel, publicado em Cartas de revisão física , confirma que os flashes voltados para baixo são iguais aos direcionados para cima, e que eles não são prejudiciais às pessoas na Terra.
"Desde 1990, emissões intensas de raios gama, chamadas flashes de raios gama terrestres (TGFs), foram observadas por satélites em órbita coincidentes com descargas elétricas, "Yuuki Wada, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse a Phys.org. "Embora sejam geralmente direcionados de tempestades para o espaço, alguns deles, chamados de TGFs descendentes, vá para o chão. Contudo, era difícil medir seus fluxos de raios gama no solo porque os TGFs descendentes ocorrem mais perto dos detectores de raios gama e os saturam. "
Em seu estudo, Wada e seus colegas estudaram flashes de raios gama que ocorreram no dia 24 de novembro de 2017 durante uma forte tempestade de inverno. Nessa data, detectores de radiação instalados ao nível do mar na Central Nuclear de Kashiwazaki-Kariwa, no Japão, detectaram uma forte explosão de raios gama, que coincidiu com uma descarga elétrica poderosa. Ao estudar os dados coletados por esses detectores, os pesquisadores reuniram as primeiras observações de TGFs associados a raios direcionados ao solo.
"Usamos dois tipos de detectores de radiação, "Wada explicou." Um tem melhor resolução de tempo e sensibilidade aos raios gama, mas poderia ser facilmente saturado por altos fluxos de TGFs descendentes. É usado para confirmar a ocorrência de TGFs descendentes. O outro são dosímetros de gás operados pela Tokyo Electric Power Company Holdings. Estes têm menos resolução de tempo do que o anterior, mas suportam taxas de raios gama muito mais altas. "
Notavelmente, Wada e seus colegas são os primeiros a medir com sucesso as doses de radiação terrestre de TGFs voltados para baixo. Além disso, medindo os raios usando vários dosímetros de gás, eles obtiveram dados de alta qualidade em vários pontos de observação.
Os pesquisadores foram capazes de verificar a precisão das simulações de Monte-Carlo que eles criaram, que eram comparáveis aos dados de alta qualidade. Em última análise, isso permitiu que eles descobrissem as principais características físicas dos TGFs voltados para baixo, incluindo sua origem dentro da nuvem de tempestade.
"Acredita-se que os TGFs se originem de elétrons energéticos que se aceleram em relâmpagos, "Wada disse." No entanto, a densa atmosfera da Terra impede que os elétrons recebam energia relativística. Estamos convencidos de que as observações de TGFs descendentes desempenharão um papel importante para encontrar respostas a esta pergunta, porque podem ser observados por aparelhos múltiplos e mais próximos no solo. "
As observações coletadas por Wada e seus colegas têm inúmeras implicações interessantes. Em primeiro lugar, seu trabalho confirma que os TGFs descendentes são intrinsecamente o mesmo fenômeno que os TGFs ascendentes que foram previamente observados do espaço.
Seus resultados também sugerem que os TGFs são razoavelmente seguros para pessoas no terreno na área onde uma tempestade está ocorrendo. Por outro lado, o local dentro de uma nuvem de onde o TFG se origina pode não ser muito seguro.
Além de ampliar nossa compreensão das explosões de raios gama que ocorrem durante tempestades, o estudo realizado por esta equipe de pesquisadores revelou algumas limitações dos detectores que são comumente usados para coletar dados durante tempestades com raios. Isso pode informar o desenvolvimento de novas ferramentas para melhorar a detecção, em última análise, levando à coleta de dados de alta qualidade usando monitores de radiação.
"Nosso grupo está construindo uma nova rede de monitoramento de radiação na cidade de Kanazawa, no Japão, que é famosa por raios de inverno poderosos e frequentes, "Teru Enoto, outro pesquisador envolvido no estudo, disse a Phys.org. "Esta rede nos fornecerá muito mais número de eventos de alta energia em relâmpagos, semelhante a este evento. Também estamos colaborando com apoiadores do cidadão para cobrir uma área mais ampla com detectores de radiação portáteis. Estamos muito entusiasmados em revelar os mistérios dos relâmpagos por meio de nossa abordagem de ciência aberta e de apoio ao cidadão. "
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