A CGRO (Compton Gamma Ray Observatory), amit eredetileg távoli, űrbéli gamma-sugár források beazonosítására szántak, esetenként földi gamma-sugár felvillanásokat (TGF-Terrestrial Gamma-ray Flash) is detektált. A gamma-sugarakat nagy zivatarrendszerek felett észlelték, és a zivatarok feletti nagy tranziens elektromos terek által gyorsított elektronok bremsstrahlung sugárzásával magyarázták. A TGF-ek felfedezése rögtön felvetette azt a kérdést, hogy a TGF-ek kapcsolatosak-e az ugyancsak nemrégen felfedezett sprite-okkal. A 2002-ben felbocsátott RHESSI (Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager) műhold átlagosan 10-20 TGF-et észlel havonta a 200 keV-20 MeV energiatartományban (az alsó határt a detektor érzékenysége szabja meg) és eloszlásuk magas korrelációt mutat a trópusi zivatarok eloszlásával, ahogyan az alábbi térképen látható.

1. ábra Az „x”-ek a TGF-eket, a világosodó piros színek a növekvő zivataraktivitást (villám/km^2/év) jelzik.

A villámkisülés után a felhőben rövid ideig fennmaradó töltésdeficit a zivatarfelhő teteje az ionoszféra alsó rétege között egy kvázistacionárius elektrosztatikus teret hoz létre, ami légkörben előforduló szabad elektronok gyorsítását eredményezi Ezek a relativisztikussá váló ún. „runaway” elektronok ütköznek a légkör részecskéivel, amelynek során gamma-fotonok keletkezhetnek.

2. ábra Gamma-fotonok keletkezésének sematikus ábrája. B a Föld mágneses erővonala, E pedig az elektrosztatikus tér

Ismeretes, hogy az alig másfél évtizede felfedezett elektro-optikai emissziók egyik fajtája, a sprite, szinte kizárólag nagyenergiájú pozitív felhő-föld villám kísérőjelensége. Az ilyen villámok a Földet többször is körülutazó ELF (Extremely Low Frequency) elektromágneses impulzusokat keltenek, amelyeket a Nagycenk melletti MTA Geodéziai és Geofizikai Kutatóintézet Széchenyi István Geofizikai Obszervatóriumban regisztrálnak a Schumann-rezonancia (SR) frekvenciatartományban (< 100 Hz). A GPS pontosságú (< 1 ms) időjelek és az SR módszer lehetővé teszik, hogy olyan villámokat keressünk, amelyek időben és térben egybeesnek a RHESSI műholdon észlelt gamma-sugár felvillanással. 2003. júniusa és 2005. júniusa között észlelt, mintegy 160 TGF időpontját tartalmazó SR regisztrátumot vizsgáltunk meg abból a szempontból, hogy tartalmaz-e olyan SR-tranzienst, amelynél a keltő villám általunk meghatározott földrajzi helye, valamint a Rhessi-műhold talppontja a gamma-felvillanás idején egybeesett-e.

3. ábra Négy különböző villámtípus

A vizsgált 160 esetben nem találtunk meggyőző időbeli és térbeli egyezést a TGF-et és SR-tranzienst keltő villámok vonatkozásában. A 4. ábra azt a két esetet mutatja be, amikor a TGF és a Nagycenken (NCK) észlelt SR tranziens biztosan ugyanazon zivatarrégióból ( Közép-Amerika ill. Indonézia ) származott. Az, hogy a keltő villám is azonos volt-e, kétséges. Egyik esetben a szükséges néhányszor 10 msec pontosságú időbeli egyezés, másik esetben a földrajzi hely egybeesése bizonytalan

4. ábra A térképek a TGF-ek helyét (piros kör) és a nagycenki mérőállomáson észlelt SR-tranziensekből meghatározott iránya a gerjesztő villámoknak ( zöld vonal),valamint maguk az SR-tranziensek a horizontális ÉD-i, KNY-i mágneses és a vertikális elektromos térkomponensben.

A nem várt eredmény egyik lehetséges magyarázata az, hogy nem mindegyik gamma-felvillanást érzékeli a RHESSI műhold. Emiatt valószínű kritikus szerepet játszik az észlelési valószínűségben a zivatarfelhő, azaz a töltésforrás magassága. Ez a 13. c.) típusú villámok esetén 4-5 km, míg a 13. d.) esetében akár 12-16 km is lehet. Dwyer és Smith [Geophysical Research Letters Vol. 32, 2005] szerint a RHESSI által észlelt gamma-felvillanások forrásának magassága 15-21 km. A tropopauza magassága az extratrópusi övezetben 10 km, a trópusokon azonban akár a 16-17 km-t is elérheti, ez magyarázatot ad arra, hogy a TGF-eket miért csak a trópusi viharzónákból észlelik, és pl. Észak-Amerika fölött miért nem. A 13. d.) típusú villámok azonban nem a legnagyobb intenzitású felhő-föld villámok. Ezért a Schumann-rezonanciák frekvenciatartományában ritkán rendelhető olyan villám a műholdon észlelt TGF-hez, ami egyúttal a SR-tranziensekért is felelős. Ezt támasztja alá az a tény is, hogy a VLF (very low frequency: 3 kHz-30 kHz) tartományban sokkal több időbeli egyezést találtak a TGF-ek és a VLF- tranziensek között. VLF-tranziensek gyakorlatilag az összes villámtípushoz rendelhetők. Ugyanakkor egyetlen VLF mérőrendszer hatóköre sokkal kisebb, mint az SR mérőrendszereké. Ezért számos VLF állomás együttes megfigyelései szolgálhatnak alapul globális érvényű következtetésekre. A TGF-el kapcsolatos hazai kutatásokat a Magyar Űrkutatási Iroda támogatta (TP. 224) Az SR-tranziensek feldolgozását támogató szoftvereket Bór József tudományos munkatárs (MTA GGKI, Sopron) készítette. Az ELTE két hallgatója, Barta Veronika és Balázs Miklós részt vettek az adatfeldolgozásban, s a témában TDK dolgozatot készítettek.

Az ismertetést összeállította: Sátori Gabriella tudományos osztályvezető MTA Geodéziai és Geofizikai Kutatóintézet, Sopron