Environ mille fois par jour, les orages déclenchent des rafales éphémères de certaines des lumières les plus énergétiques que l'on trouve naturellement sur Terre. Ces événements, appelés flashs gamma terrestres (TGF), durent moins d'une milliseconde et produisent des rayons gamma avec des dizaines de millions de fois l'énergie de la lumière visible. Depuis son lancement en 2008, Le télescope spatial Fermi Gamma-ray de la NASA a enregistré plus de 4, 000 TGF, que les scientifiques étudient pour mieux comprendre comment le phénomène est lié à l'activité de la foudre, la force des tempêtes et le cycle de vie des tempêtes.

Maintenant, pour la première fois, une équipe de scientifiques de la NASA a analysé des dizaines de TGF lancés par les systèmes météorologiques les plus grands et les plus puissants de la planète :tempêtes tropicales, ouragans et typhons. Un article décrivant la recherche a été publié le 16 mars dans le Journal of Geophysical Research :Atmosphères .

"Un résultat est une confirmation que l'intensité de la tempête n'est pas à elle seule le facteur clé pour produire des TGF, " a déclaré Oliver Roberts, qui a dirigé l'étude à l'University College Dublin, Irlande, et se trouve maintenant au Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, Alabama. « Nous avons découvert que quelques TGF avaient été fabriqués dans les bandes de pluie extérieures des tempêtes majeures, à des centaines de kilomètres des puissantes parois oculaires en leur centre, et un système faible qui a déclenché plusieurs TGF en une journée."

Les scientifiques soupçonnent que les TGF proviennent des champs électriques puissants près du sommet des orages. Sous certaines conditions, ces champs deviennent suffisamment puissants pour entraîner une "avalanche" d'électrons vers le haut à presque la vitesse de la lumière. Lorsque ces électrons accélérés passent devant les molécules d'air, leurs chemins sont légèrement déviés. Ce changement amène les électrons à émettre des rayons gamma.

Le Gamma-ray Burst Monitor (GBM) de Fermi détecte les TGF se produisant à environ 500 miles (800 kilomètres) de l'emplacement directement sous le vaisseau spatial. En 2012, Les scientifiques du GBM ont utilisé de nouvelles techniques qui ont amélioré efficacement l'instrument, augmentant sa sensibilité et conduisant à un taux plus élevé de détections de TGF.

Ce taux de découverte amélioré a aidé l'équipe GBM à montrer que la plupart des TGF génèrent également une forte impulsion d'ondes radio à très basse fréquence, signaux auparavant attribués uniquement à la foudre. Des installations comme le Total Lightning Network exploité par Earth Networks à Germantown, Maryland, et le World Wide Lightning Location Network, une collaboration de recherche dirigée par l'Université de Washington à Seattle, peut localiser les impulsions radio produites par la foudre et le TGF à moins de 10 km (6 miles) n'importe où sur le globe.

"La combinaison des données TGF de GBM avec des positions précises de ces réseaux de détection de foudre a ouvert notre capacité à connecter les explosions aux orages individuels et à leurs composants, " a déclaré le co-auteur Michael Briggs, directeur adjoint du Center for Space Plasma and Aeronomic Research à l'Université de Huntsville (UAH).

L'équipe a étudié 37 TGF associés à, entre autres tempêtes, les typhons Nangka (2015) et Bolaven (2012), L'ouragan Paula (2010), les tempêtes tropicales Sonia et Emang de 2013 et l'ouragan Manuel, et la perturbation qui deviendra plus tard l'ouragan Julio en 2014.

« Dans notre étude, Julio détient le record des TGF, en tirant quatre en 100 minutes le 3 août, 2014, un autre le lendemain, et puis plus pour la vie de la tempête, " a déclaré Roberts. " La plupart de cette activité s'est produite alors que Julio subissait une intensification rapide dans une dépression tropicale, mais bien avant qu'il ne soit même devenu une tempête nommée.

Ce que les scientifiques ont appris jusqu'à présent, c'est que les TGF des systèmes tropicaux n'ont pas de propriétés sensiblement différentes des autres TGF détectés par Fermi. Des tempêtes plus faibles sont capables de produire un plus grand nombre de TGF, qui peut survenir n'importe où dans la tempête. Dans les systèmes plus développés, comme les ouragans et les typhons, Les TGF sont plus fréquents dans les bandes de pluie les plus à l'extérieur, zones qui accueillent également les taux de foudre les plus élevés dans ces tempêtes.

La plupart des tempêtes tropicales TGF se sont produites alors que les systèmes s'intensifiaient. Le renforcement des courants ascendants pousse les nuages ​​plus haut dans l'atmosphère où ils peuvent générer de puissants champs électriques, ouvrant la voie à des éclairs intenses et aux avalanches d'électrons censées produire des TGF.

Les TGF ont été découverts en 1992 par l'observatoire Compton Gamma-Ray de la NASA, qui a fonctionné jusqu'en 2000.

Le télescope spatial Fermi à rayons gamma est un partenariat d'astrophysique et de physique des particules géré par le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. Fermi a été développé en collaboration avec le département américain de l'Énergie, avec des contributions importantes d'institutions académiques et de partenaires en France, Allemagne, Italie, Japon, Suède et États-Unis.

Le GBM Instrument Operations Center est situé au National Space Science Technology Center à Huntsville. L'équipe GBM comprend une collaboration de scientifiques de l'UAH, le Marshall Space Flight Center de la NASA, l'Institut Max Planck de physique extraterrestre en Allemagne, University College Dublin en Irlande et autres institutions.