A globális zivatartevékenység megfigyelése alapvetően két módon történik: műholdakról optikai észleléssel (pld. OTD – Optical Transient Detector, LIS – Lightning Imaging Sensor) vagy a villámok által kisugárzott alacsony frekvenciájú elektromágneses hullámok révén földfelszíni állomásokon. A kétféle mérés jól kiegészíti egymást, miután mindegyik szolgáltat olyan paramétereket is, amiknek a mérésére az egyik vagy másik módszer külön-külön nem alkalmas. Akadnak olyan villámok is, amelyeket az egyik vagy másik módszer éppen „elmulaszt”.

Nemzetközi együttműködések (USA, Izrael, Japán, EU: COST P18 Action) keretében a MTA Geodéziai és Geofizikai Kutatóintézet is évek óta részt vesz a globális zivatartevékenység és az egyedi, energetikus villámok, valamint az azokhoz kapcsolódó felsőlégköri elektro-optikai emissziók vizsgálatában a Nagycenk melletti Széchenyi István Geofizikai Obszervatórium-ban folyó Schumann-rezonancia mérésekkel. A kutatásokat a MÜI által meghirdetett pályázatokon elnyert támogatások is segítik.

Az ELF frekvenciatartomány (3 Hz -3 kHz) részét képező Schumann-rezonancia (SR) frekvenciasávban (< 100 Hz) az energetikus villámok keltette hullámcsomagok akár többször is körbejárhatják a Földet mielőtt a háttér elektromágneses zajba beleolvadnának. Ezen hullámcsomagok spektrális tulajdonságaiból nagy távolságra (több Mm) keletkezett villámok helye, polaritása, töltésmomentumának változása is meghatározható, akár egyetlen SR-állomásról is. Ezen tulajdonságok ismeretében ugyanazon villám keltette hullámcsomagokat - SR-tranzienseket vizsgáltunk nagycenki (NCK) és Mitzpe Ramon-i (MR, Izrael) mérések alapján, és többek között arra kerestük a választ, hogy a LIS műhold miért nem észlelt ezek közül néhányat, vagy az SR állomások miért nem detektálták azon villámokat, amelyekhez társuló „sprite”-okat (a magas légköri elektro-optikai emissziók egyik fajtája) a Columbia űrrepülőgép fedélzetén kamerák rögzítettek.

A bekarikázott területek jelölik azokat a helyeket, ahol mind a NCK-i és MR-i SR-állomások közös forrásból (villámkisülésből) származó SR-tranzienseket rögzítettek 2003. március 31-én. Ezek közül a LIS műhold csupán a Kina keleti részén levő zivatargócban keletkezett villámot detektálta az időbeli egyezés alapján. Azon SR-tranzienseket, amelyek forrása Afrikában (Kongó-medence, Nyugat-Afrika) volt a fenti napon, a LIS műhold nem detektálhatta, ugyanis az események (villámok) időpontjában nem tartózkodott a kérdéses régió felett. A LIS felvételekből csupán annyit lehet tudni, hogy az említett napon a Kongó-medencében aktív zivatartevékenység volt..

Villám lokalizálása a LIS műholdon, valamint a villám által keltett SR-tranziens NCK-i és MR- i állomáson történt regisztrálása alapján.

A Columbia fedélzetén készült felvétel egy zivatargóc feletti „sprite”-csoportról. A keltő villámot egyetlen felszíni SR-állomás (NCK, MR, Japán, Antarktisz) sem észlelte. Miért?

A lehetséges válaszok közül az egyik a Föld-ionoszféra üregrezonátor nappali-éjszakai aszimmetriája lehet, amely különböző hullámvezető-magasságot és ionoszférikus vezetőképességet jelent az ELF-hullámcsomagok számára a nappali és éjszakai oldalon. A”sprite”-ok optikai úton történő megfigyelése kizárólag az éjszakai oldalon lehetséges, míg a „sprite”-hoz tartozó villám által keltett SR-tranziens elvileg a nappali oldalon is észlelhető.

Nagycenk és Mitzpe Ramon földrajzi helyzete lehetővé tette, hogy olyan afrikai villámok keltette SR-tranzienseket vizsgáljunk meg, amikor mindkét állomás a Föld-ionoszféra üregrezonátor azonos (nappal/nappal - éjjel/ éjjel) vagy különböző (nappal/éjjel) napszaknak megfelelő oldalra esik.

Azonos villámok keltette SR-tranziensek Nagycenken (NCK) és Mitzpe Ramonnál (MR) különböző napszak-kombinációk esetében a három térkomponensre (horizontális mágneses tér ÉD-i és KNY-i vetülete, valamint a vertikális elektromos térkomponens).

A három afrikai villám keltette SR-tranziens párból, az ugyanazon villámra vonatkozó árammomentum-spektrumoknak (NCK- zöld, MR-kék) közel azonosaknak kell lennie, mivel egyazon villámra vonatkoznak. Ez csak akkor teljesül, ha mindkét észlelő ugyanazon (nap-világította vagy éjszakai) az oldalon helyezkedik el. Abban az esetben, ha a MR-i megfigyelő már az éjszakai oldalra kerül, ~ 20-30%-os relativ csökkenés tapasztalható az itt levezetett árammomentum-spektrum amplitudójában. Az ellentmodást csak úgy lehet feloldani, hogy az éjszakai oldalon a terjedő hullámok amplitudója lecsökken. Ez egyik lehetséges magyarázat-ként szolgál arra, hogy miért maradnak részben „észrevétlenek” az éjszakai oldalon optikai úton megfigyelt „sprite”-okhoz tartozó villámok keltette SR-tranziensek távoli állomásokon.

Összeállította: Sátori Gabriella témavezető
További résztvevő: Bór József PhD hallgató