Pensiunan Pesawat Mata-mata Perang Dingin Menemukan Sesuatu yang Sangat Aneh Tentang Badai Petir

NASA mengirimkan pensiunan pesawat mata-mata Perang Dingin dalam misi mengejar badai, dan NASA menemukan bahwa badai petir besar mengandung radioaktif yang tinggi.

Badai petir besar menghasilkan begitu banyak sinar gamma sehingga awan benar-benar bersinar bersamanya, menurut sebuah penelitian baru-baru ini, yang menggunakan pesawat penelitian ER-2 NASA untuk mempelajari sinar gamma dalam badai petir tropis. Fisikawan luar angkasa Universitas Bergen Nikolai Østgaard dan rekan-rekannya mempublikasikan temuan mereka di jurnal alam.

Badai petir bersifat Radioaktif

Pesawat mata-mata milik NASA yang sudah pensiun dari Perang Dingin, terbang tepat di atas puncak awan yang menjulang tinggi dari badai petir besar di Karibia dan Amerika Tengah, melihat awan badai bersinar dengan sinar gamma. Instrumen di pesawat tidak hanya merekam semburan sinar gamma yang terang dan cepat saat kilat menembus awan, namun juga kilatan radiasi berenergi tinggi yang berkelap-kelip terus menerus di awan di antara kilatan cahaya – dan dua jenis sinar gamma pendek yang belum pernah terlihat sebelumnya.

Dari 10 badai petir, 9 pesawat mengalami sinar gamma, menunjukkan bahwa badai petir besar sering kali menghasilkan sinar gamma secara mengejutkan.

Hasilnya bisa memberi petunjuk tentang bagaimana petir terbentuk – sebuah proses yang rinciannya masih belum sepenuhnya dipahami oleh para ahli meteorologi.

“Saya pikir semua orang berasumsi bahwa kita sudah mengetahui tentang petir sejak lama, tapi itu adalah area yang tidak terlihat,” kata fisikawan Universitas New Hampshire Joseph Dwyer, yang tidak terlibat dalam penelitian baru-baru ini. mengatakan dalam siaran pers.

Mengejar Badai dengan Pesawat Mata-Mata

Pada tahun 1990-an, sinar gamma dari beberapa badai petir besar mengirimkan sinyal ke sensor pada satelit NASA, yang dibangun untuk mempelajari semburan sinar gamma yang berasal dari tabrakan bintang mati yang jaraknya jutaan tahun cahaya. Namun instrumen satelit tersebut tidak dirancang untuk mempelajari radiasi yang datang dari planet-planet yang berada tepat di bawahnya, sehingga semburan sinar gamma dari badai petir – yang disebut Terrestrial Gamma-Ray Flares – masih merupakan masalah sepele.

Itu Pesawat mata-mata U2sebaliknya, dibangun secara khusus untuk mempelajari apa yang terjadi di bawah ketinggian jelajah 70.000 kaki. Setelah Perang Dingin mencair, NASA membeli sepasang pesawat tersebut dan memodifikasi pesawat tersebut untuk keperluan sains dibandingkan pesawat mata-mata. ER-2 milik NASA, demikian sebutannya sekarang, telah membantu para ilmuwan mempelajari atmosfer bagian atas dan menguji instrumen untuk satelit masa depan. Baru-baru ini, salah satu dari mereka terbang di atas puncak beberapa badai petir besar setinggi sepuluh mil di Karibia dan Amerika Tengah, membawa instrumen yang mengukur sinar gamma.

“Kita bisa terbang langsung di atas awan, sedekat mungkin dengan sumber sinar gamma,” kata Østgaard dalam pernyataannya baru-baru ini. Østgaard dan rekan-rekannya mencatat 130 semburan sinar gamma terestrial selama terbang lintas baru-baru ini.

Dari data tersebut, para peneliti menemukan bahwa badai petir besar memancarkan sinar gamma lebih sering daripada yang disadari siapa pun. Badai menghasilkan medan listrik yang sangat kuat, dan medan listrik tersebut bertindak seperti akselerator partikel raksasa, menembakkan elektron ke angkasa dengan kecepatan luar biasa. Ketika salah satu elektron yang melaju kencang menabrak molekul udara (langit penuh dengan elektron tersebut), tumbukan tersebut melepaskan ledakan energi dan menghamburkan partikel subatom, yang juga bergerak dengan kecepatan tinggi, ke berbagai arah. Energi setiap tumbukan meningkat hingga akhirnya energi tersebut melepaskan sinar gamma.

Mereka menemukan bahwa badai petir terbesar menghasilkan sinar gamma lebih sering daripada yang kita duga, sebagian karena medan listriknya yang kuat bertindak seperti akselerator partikel dan melemparkan elektron ke langit dengan kecepatan luar biasa; yaitu, sampai elektron cepat bertabrakan dengan molekul udara. Tabrakan tersebut melepaskan semburan energi dan menghamburkan partikel-partikel subatom, yang juga bergerak dengan kecepatan luar biasa, sehingga menyebabkan lebih banyak tumbukan dan semburan energi. Pada akhirnya, tumbukan tersebut terjadi dengan energi yang cukup untuk menciptakan reaksi nuklir kecil, yang melepaskan semburan sinar gamma – dan bahkan menghasilkan beberapa antimateri yang berumur pendek.

“Tampaknya pada dasarnya semua badai petir besar menghasilkan sinar gamma sepanjang hari dalam berbagai bentuk,” kata peneliti Duke University Steven Cummer, salah satu penulis penelitian tersebut, dalam pernyataannya baru-baru ini.

Langit yang Tidak Ramah?

Reaksi nuklir yang dihasilkan oleh percepatan elektron yang bertabrakan dengan molekul udara dalam badai petir jauh lebih kecil daripada bom nuklir; tolong jangan panik. Radiasi yang dipancarkannya tidak berarti pesawat di dekatnya, atau penumpangnya, berada dalam bahaya – setidaknya bukan karena radiasi tersebut. Terbang melewati badai besar adalah ide yang buruk karena alasan yang lebih jelas.

“Meski mengetahui apa yang kita ketahui sekarang, saya tidak lagi khawatir untuk terbang dibandingkan dulu,” kata Cummer. “Radiasi tidak akan menjadi masalah Anda jika Anda berada di sana. Pesawat terbang menghindari terbang di pusat badai petir aktif karena turbulensi dan angin ekstrem.”

Cahaya Sinar Gamma yang Menakutkan

Petir tidak hanya terjadi pada cahaya tampak. Sebagian besar semburan sinar gamma terestrial yang diukur oleh pesawat mata-mata NASA terjadi dengan kilatan petir yang besar, dan hanya berlangsung sepersejuta detik. Østgaard dan rekan-rekannya berpendapat bahwa ketika petir dilepaskan, hal itu memberikan dorongan energi ekstra pada elektron-elektron yang sudah sangat energik yang berada di sekitar awan badai, sehingga tumbukan mereka dapat memicu reaksi nuklir yang melepaskan sinar gamma.

Namun puncak badai terbesar dan paling dahsyat juga selalu datang dengan semburan sinar gamma yang berkedip-kedip. Østgaard dan rekan-rekannya membandingkan awan sinar gamma yang menggelegak dengan sepanci air dengan titik didih rendah. Cahaya tersebut dapat bertahan selama beberapa menit, dan pelepasan energi secara konstan dapat mencegah badai berkembang menjadi ledakan sinar gamma yang lebih dramatis.

Instrumen pesawat mata-mata juga mencatat dua jenis semburan sinar gamma yang sebelumnya tidak diketahui di awan: semburan radiasi yang sangat singkat dan terang yang tidak terjadi bersamaan dengan petir. Salah satunya adalah rangkaian kedipan singkat, kedipan secara berurutan dan berlangsung sekitar sepersepuluh detik. Østgaard dan rekan-rekannya menyebutnya “berkedip sinar gamma”.

“Hampir mustahil untuk dideteksi dari luar angkasa,” kata fisikawan luar angkasa Universitas Bergen Martino Marisaldi, salah satu penulis penelitian tersebut, dalam sebuah pernyataan baru-baru ini. “Tetapi ketika Anda terbang pada jarak 12,5 mil, Anda begitu dekat sehingga Anda akan melihatnya.”

Penemuan baru lainnya adalah ledakan sinar gamma yang sangat cepat, yang dipancarkan hanya dalam seperseribu detik.

“Dua bentuk baru sinar gamma itulah yang menurut saya paling menarik,” kata Cummer. “Mereka sepertinya tidak ada hubungannya dengan perkembangan petir. Entah bagaimana mereka muncul secara spontan. Ada petunjuk dalam data bahwa hal ini mungkin terkait dengan proses yang memicu kilatan petir, yang masih menjadi misteri bagi para ilmuwan.”