Les tempêtes tropicales produisent des rayonnements de rayonnement

/ Jeff Schmaltz, LANCE MODIS Rapid Response Team 

Lors d'une période de renforcement rapide le 23 août 2012, Typhoon Bolaven a lancé son seul TGF d'une bande de pluie extérieure située à près de 490 milles (785 km) de la tempête Centre (approximativement au bas du centre de l'image complète). Le spectroradiomètre d'imagerie de résolution modérée (MODIS) sur le satellite Terra de la NASA a capturé cette image couleur naturelle de Bolaven le lendemain.

Environ mille fois par jour, les orages déclenchent des éclats éphémères de certaines des lumières les plus énergivores naturellement trouvées sur terre. Ces événements, appelés rayons 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 de rayonnement gamma de la NASA a enregistré plus de 4 000 TGF, dont les scientifiques étudient pour mieux comprendre comment le phénomène se rapporte à l'activité de l'éclair, à la tempête et au cycle de vie des orages. 

Pour la première fois, une équipe de scientifiques de la NASA a analysé des dizaines de TGF lancés par les plus grands et les plus forts systèmes météorologiques de la planète: les orages tropicaux, les ouragans et les typhons.

"Un résultat est une confirmation que l'intensité de la tempête seule n'est pas le facteur clé pour la production de TGF", a déclaré Oliver Roberts, qui a dirigé l'étude au University College Dublin, en Irlande, et est maintenant au Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama. "Nous avons trouvé que quelques TGF ont été fabriqués dans les bandes de pluie extérieures des tempêtes majeures, à des centaines de kilomètres des puissants murs des yeux de leurs centres et un système faible qui a déclenché plusieurs TGF en un jour".

Les scientifiques soupçonnent que les TGF proviennent des champs électriques forts près du sommet des orages. Dans certaines conditions, ces champs deviennent assez forts pour conduire une «avalanche» d'électrons vers le haut à presque la vitesse de la lumière. Lorsque ces électrons accélérés dépassent les molécules d'air, leurs chemins deviennent légèrement déviés. Cette modification amène les électrons à émettre des rayons gamma.

© NASA / Jim Grossmann 
Cette photographie, prise en mai 2008 à mesure que le télescope spatial de rayon gamma de Fermi était prêt à être lancé, met en évidence les détecteurs du moniteur de rayonnement gamma à rayons gamma (GBM) du vaisseau spatial. Un ensemble identique de détecteurs est monté sur le côté opposé de l'engin spatial. Le GBM est un ensemble de 14 détecteurs de cristaux conçus pour les explosions transitoires de rayons gamma à faible énergie, comme les TGF.

Le moniteur de rayonnement gamma (GBM) de Fermi détecte les TGF se situant à environ 500 milles (800 kilomètres) de l'emplacement directement sous le vaisseau spatial. En 2012, les scientifiques de GBM ont utilisé de nouvelles techniques qui ont effectivement amélioré l'instrument, augmentant sa sensibilité et entraînant 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 impulsion forte d'ondes radio à très basse fréquence, signaux précédemment attribués uniquement à l'éclairement. Des installations comme le réseau Total Lightning exploité par Earth Networks à Germantown, dans le Maryland, et le World Wide Lightning Location Network , une collaboration de recherche dirigée par l'Université de Washington à Seattle, Peut repérer les impulsions radio produites par la lumière et le TGF à moins de 6 milles (10 km) partout dans le monde.

«La combinaison des données TGF de GBM avec des positions précises de ces réseaux de détection de foudre a ouvert notre capacité à relier les explosions aux tempêtes individuelles et à leurs composants», a déclaré le coauteur Michael Briggs, assistant directeur du Centre for Space Plasma and Aeronomic Research au Université de Huntsville (UAH).

L'équipe a étudié 37 TGFs associés à, entre autres tempêtes, typhons Nangka (2015) et Bolaven (2012), l' ouragan Paula (2010), les tempêtes tropicales 2013 Sonia et Emang et l' ouragan Manuel , et la perturbation qui allait plus tard devenir l' ouragan Julio en 2014. Assistant directeur du Centre for Space Plasma and Aeronomic Research de l'Université de Huntsville (UAH). L'équipe a étudié 37 TGFs associés à, entre autres tempêtes, typhons Nangka (2015) et Bolaven (2012), l' ouragan Paula (2010), les tempêtes tropicales 2013 Sonia et Emang et l' ouragan Manuel , et la perturbation qui allait plus tard devenir l' ouragan Julio en 2014. Directeur adjoint du Centre for Space Plasma and Aeronomic Research de l'Université de Huntsville (UAH). L'équipe a étudié 37 TGFs associés à, entre autres tempêtes, typhons Nangka (2015) et Bolaven (2012), l' ouragan Paula (2010), les tempêtes tropicales 2013 Sonia et Emang et l' ouragan Manuel , et la perturbation qui allait plus tard devenir l' ouragan Julio en 2014.

"Dans notre étude, Julio tient le record des TGF, déclenchant quatre en 100 minutes le 3 août 2014, un autre après-midi, et plus rien pour la vie de la tempête", a déclaré Roberts. "La majeure partie de cette activité s'est produite alors que Julio a subi une intensification rapide dans une dépression tropicale, mais bien avant même qu'elle devienne une tempête nommée".

Ce que les scientifiques ont appris jusqu'ici, c'est que les TGF provenant de systèmes tropicaux n'ont pas de propriétés significativement différentes des autres TGF détectées par Fermi. Les orages plus faibles sont capables de produire un plus grand nombre de TGF, qui peuvent apparaître n'importe où dans la tempête. Dans les systèmes plus développés, comme les ouragans et les typhons, les TGF sont plus communs dans les bandes de pluie les plus éloignées, les zones qui hébergent les taux de foudre les plus élevés dans ces tempêtes.

La plupart des TGF de tempête tropicale se sont produites à mesure que les systèmes se sont intensifiés. Le renforcement des accélérations entraîne des nuages ​​plus élevés dans l'atmosphère où ils peuvent générer des champs électriques puissants, préparant le terrain pour une foudre intense et pour les avalanches d'électrons censées produire des TGF.

Les TGF ont été découverts en 1992 par l'Observatoire Gamma-Ray Compton de la NASA ,

Qui a fonctionné jusqu'en 2000. Le télescope spatial de rayons gamma de Fermi est un partenariat d'astrophysique et de physique des particules géré par le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland. Fermi a été développé en collaboration avec le Département américain de l'Énergie, avec d'importantes contributions d'institutions académiques et de partenaires en France, en Allemagne, en Italie, au Japon, en Suède et aux États-Unis.

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

Pour plus d' informations sur Fermi, visitez le site ici Le télescope spatial de rayons gamma de Fermi est un partenariat d'astrophysique et de physique des particules géré par le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland. Fermi a été développé en collaboration avec le Département américain de l'Énergie, avec d'importantes contributions d'institutions académiques et de partenaires en France, en Allemagne, en Italie, au Japon, en Suède et aux États-Unis. Le GBM Instrument Operations Center est situé au National Space Science Technology Centre de Huntsville. L'équipe GBM comprend une collaboration de scientifiques de l'UAH, du Marshall Space Flight Center de la NASA, de l'Institut Max Planck pour la physique extraterrestre en Allemagne, du Collège universitaire de Dublin en Irlande et d'autres institutions. Pour plus d' informations sur Fermi, visitez le site ici Le télescope spatial de rayons gamma de Fermi est un partenariat d'astrophysique et de physique des particules géré par le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland. Fermi a été développé en collaboration avec le Département américain de l'Énergie, avec d'importantes contributions d'institutions académiques et de partenaires en France, en Allemagne, en Italie, au Japon, en Suède et aux États-Unis. Le GBM Instrument Operations Center est situé au National Space Science Technology Centre de Huntsville. L'équipe GBM comprend une collaboration de scientifiques de l'UAH, du Marshall Space Flight Center de la NASA, de l'Institut Max Planck pour la physique extraterrestre en Allemagne, du Collège universitaire de Dublin en Irlande et d'autres institutions. Pour plus d' informations sur Fermi, visitez le site ici Fermi a été développé en collaboration avec le Département américain de l'Énergie, avec d'importantes contributions d'institutions académiques et de partenaires en France, en Allemagne, en Italie, au Japon, en Suède et aux États-Unis. Le GBM Instrument Operations Center est situé au National Space Science Technology Centre de Huntsville. L'équipe GBM comprend une collaboration de scientifiques de l'UAH, du Marshall Space Flight Center de la NASA, de l'Institut Max Planck pour la physique extraterrestre en Allemagne, du Collège universitaire de Dublin en Irlande et d'autres institutions. Pour plus d' informations sur Fermi, visitez le site ici Fermi a été développé en collaboration avec le Département américain de l'Énergie, avec d'importantes contributions d'institutions académiques et de partenaires en France, en Allemagne, en Italie, au Japon, en Suède et aux États-Unis. Le GBM Instrument Operations Center est situé au National Space Science Technology Centre de Huntsville. L'équipe GBM comprend une collaboration de scientifiques de l'UAH, du Marshall Space Flight Center de la NASA, de l'Institut Max Planck pour la physique extraterrestre en Allemagne, du Collège universitaire de Dublin en Irlande et d'autres institutions. Pour plus d' informations sur Fermi, visitez le site ici Le GBM Instrument Operations Center est situé au National Space Science Technology Centre de Huntsville. L'équipe GBM comprend une collaboration de scientifiques de l'UAH, du Marshall Space Flight Center de la NASA, de l'Institut Max Planck pour la physique extraterrestre en Allemagne, du Collège universitaire de Dublin en Irlande et d'autres institutions. Pour plus d' informations sur Fermi, visitez le site ici Le GBM Instrument Operations Center est situé au National Space Science Technology Centre de Huntsville. L'équipe GBM comprend une collaboration de scientifiques de l'UAH, du Marshall Space Flight Center de la NASA, de l'Institut Max Planck pour la physique extraterrestre en Allemagne, du University College de Dublin en Irlande et d'autres institutions. Pour plus d' informations sur Fermi, visitez le site ici