— Published on 26/01/2020 / Bug.hr.
Papazjanija meteorologije, mitologije i astrofizike: u grmljavinskoj oluji ne nastaju samo gromovi i munje nego i vatrenjaci, vilenjaci, gnomovi, trolovi, vile, čak i zemaljski bljeskovi gama-zračenja
Od davnina su čovjeka fascinirali gromovi i munje. Pripisivao ih je, naravno, bogovima. Mitovi i religije gotovo svih naroda redovito spominju gromove i munje. Vrhovni bog grčke religije, Zeus, poznat je kao gromovnik. Bog-gromovnik je bio i Thor, u staroj skandinavskoj mitologiji. On je svoje neprijatelje gađao munjama. U slavenskoj religiji, gromovnik se zvao Perun, a starozavjetni prorok sveti Ilija zaštitnik je protiv gromova. Ilijin je posao doveden u pitanje nakon 1752. godine kad je Benjamin Franklin, kao zaštitu od udara groma predložio – štapni gromobran. Nisu se stvari promijenile preko noći. Još su desecima godina kasnije gromovi udarali u zvonike i ubijali nesretne zvonare koji su munje uporno tjerali zvonjavom. Štuju svećenici i danas svetoga Iliju, ali na zvonike svojih crkvava ipak stavljaju gromobrane.
U svakodnevnom govoru, udar munje nazivamo gromom. No preciznije govoreći, grom je samo zvučna pojava u atmosferi, oštar tresak koji se pojavljuje nakon bljeska munje. Munja je pak električna pojava u atmosferi, golema iskra koja preskače između oblaka i tla. Kao što jaka struja naglo zagrije električni vodič tako i munja naglo zagrije zrak. Vodič se u ekstremnom slučaju rastopi. Zrak se ne rastopi nego se eksplozivno proširi što uzrokuje zvučni val koji čujemo kao tresak groma.
Mnoštvo zanimljivih prirodnih pojava nastaje u atmosferi i iznad grmljavinskih oblaka. Za njih znamo tek zadnjih 30 godina. Sve traju vrlo kratko, samo djelić sekunde, pa su golim okom gotovo neopazive. Vidljive su, međutim, osjetljivim instrumentima, raznim detektorima koje možemo podići visoko u atmosferu ili pak iznad atmosfere. S obzirom da su grmljavinske pojave tradicionalno bile povezivane s nadnaravnim bićima šaljivi su znanstvenici strukovno nazivlje iz meteorologije obogatili: vatrenjacima, vilenjacima, gnomovima, trolovima i vilama.
Vatrenjaci (engl. sprite) su razigrana mitska bića iz Shakespeareovih drama. Meteorološki vatrenjaci, koji nastaju tijekom snažnih oluja, izgledaju kao ogromne meduze ili mrkve. Traju desetak milisekundi, a nastaju na nadmorskoj visini većoj od 70 km. Stvaraju se rijetko jer ih iniciraju pozitivne munje, koje su inače rijetke. Otprilike svaka dvadeseta munja je pozitivna. To je dogovorni naziv za munju kod koje od oblaka do tla putuje pozitivni naboj. Većina munja je negativna, što znači da od oblaka prema tlu putuje negativni naboj. Uz vatrenjake nastaju i trolovi (engl. trolls), što je akronim za Transient Red Optical Luminous Lineaments (kratkotrajne crvene optičke svjetleće linije). Vilenjaci (engl. elves) su bljeskovi svjetlosti u obliku diska. Nastaju na nadmorskim visinama od otprilike 100 km i traju manje od jedne milisekunde. Šire se prema van kao kružni valovi na vodi. Predviđeni su teorijski, a prvi put su opaženi tek 1995. godine. Njihova svjetlost potječe od pobuđenih plinova s dna ionosfere, a inicira ih elektromagnetski puls povezan s nastankom munje. Gnomovi (engl. gnomes) su svjetlosne pojave nalik uspravnim munjama. I oni nastaju iznad oblaka, a budu visoki do 1000 m. Vile (engl. pixies) su male, točkaste svjetlosne pojave raspršene po gornjem dijelu oblaka. Također su kratkotrajne, nastanu pa za desetak milisekundi isčeznu.
.
Opažanja s Međunarodne svemirske postaje
Sve te kratkotrajne, visokoatmosferske pojave s mitološkim nazivima znanstvenicima su zanimljive zato što se njihove mjerljive karakteristike mogu uspoređivati s teorijskim izračunima i tako testirati matematički modeli interakcija u atmosferi. Naravno,opažanje vatrenjaka, vilenjaka, gnomova, trolova i vila nije bilo moguće s Franklinovim zmajem. Da bi se te pojave uopće otkrile, a naročito da bi se precizno mjerile, bilo je potrebno razviti sofisticirane detektore i podići ih visoko iznad površine Zemlje, u svakom slučaju iznad grmljavinskih oblaka, a ponekad čak i iznad cijele atmosfere.
Jedan od najvažnijih istraživačkih centara u kojima se Zemlja istražuje odozgo je Međunarodna svemirska postaja (ISS). Ta golema konstrukcija, mase 420 tona i duljine 108 metara, oko Zemlje kruži na visini od 360 km. Njezini su prvi moduli u orbitu bili poslani 1998. godine, gradnja je trajala oko 10 godina, a puna aktivnost idućih 10 godina. I još se barem 10 godina rada očekuje, dakle do otprilike 2030.
Na postaji se neprekidno provode razna znanstvena istraživanja, a među njima su i opažanja kratkotrajnih pojava u visokim slojevima atmosferske. Osim već spomenutih optičkih pojava, visoko u atmosferi pojavljuju se i fenomeni za koje se dugo smatralo da su karakteristični samo za astrofizička okruženja, primjerice bljeskovi gama-zračenja. Njih je idealno opažati odozgo, detektorima smještenim na satelite, zato što im je energija premala da bi bili opazivi posredno, Čerenkovljevim teleskopima sa Zemlje.
.
Kako nastaju zemaljski bljeskovi gama-zračenja
Časopis Science prošli je tjedan objavio rad Danskih i Norveških znanstvenika koji su, na temelju opažanja instrumenata s Međunarodne svemirske postaje, predložili mehanizam nastanka zemaljskih bljeskova gama-zračenja (terrestrial gamma-ray flash, TGF). Munja koja nastaje unutar istog oblaka (intra-cloud, IC) – između gornjeg i donjeg dijela oblaka čija razlika električnih potencijala doseže milijune volti – stvara bljeskak gama-zračenja, ali i elektromagnetski puls (electromagnetic pulse, EMP). Puls putuje do donjeg ruba ionosfere gdje ubrzava elektrone, te elektroni pobuđuju molekule dušika, a dušik onda zrači u ultraljubičastom području što stvara vilenjaka.
Elektromagnetska zračenja u vidljivom, ultraljubičastom, rendgenskom i gama-području putuju do opservatorija ASIM (Atmosphere-Space Interactions Monitor) smještenog na Međunarodnoj svemirskoj postaji. Na mrežnoj stranici opservatorija ASIM može se pogledati kratka animacija koja prikazuje razvoj bljeska zemaljskog gama-zračenja iz munje i nastanak jednog vilenjaka. Jedna slika iz animacije završila je i na naslovnici časopisa Science.