La foudre est un phénomène qui a fasciné l'humanité depuis des temps immémoriaux, offrant un exemple brutal de la puissance et de l'imprévisibilité du monde naturel. Bien que l'étude de la foudre puisse être difficile, les scientifiques ont, ces dernières années, fait de grands progrès dans le développement de notre compréhension de ce spectacle extrême.
Une étude publiée dans Avancées scientifiquesdirigée par des chercheurs de l'Université d'Osaka, décrit une première observation mondiale d'une explosion intense de rayonnement, connue sous le nom d'un flash gamma-rayon terrestre (TGF), synchronisé avec une décharge de foudre.
« La capacité d'étudier des processus extrêmes tels que les TGF originaires de la foudre nous permet de mieux comprendre les processus à haute énergie se produisant dans l'atmosphère de la Terre », explique Yuuki Wada, auteur principal de l'étude.
Il avait été émis l'hypothèse que les TGF proviennent des décharges de foudre en raison de l'accélération des électrons à des vitesses très élevées. Cependant, la nature transitoire de ce phénomène, qui ne dure que des dizaines de microsecondes, a rendu difficile la confirmation de cette hypothèse.
Dans cette étude, une configuration multi-capteurs à la pointe de la technologie a été utilisée pour observer les TGF émergeant des tempêtes de foudre dans la ville de Kanazawa, préfecture d'Ishikawa, y compris les radiations optiques, radio-fréquence et à haute énergie.
Deux chemins de décharge ont été observés, un descendant du nuage de tonnerre à la tour de transmission au sol et un ascendant dans la direction opposée. Les chercheurs ont constaté qu'un TGF s'est produit juste avant que les deux trajets de décharge ne se réunissent, créant un champ électrique hautement concentré qui accélérait les électrons dans l'air jusqu'à une vitesse de lumière.
Le premier photon TGF a été observé 31 microsecondes avant la collision des chemins de décharge, et l'éclatement complet a duré 20 microsecondes après leur rencontre pour former la frappe de foudre. Une libération de −56 KA s'est produite à la suite de la collision de leaders de la foudre.
Cette observation contribue aux données critiques au mystère de longue date de la façon dont la foudre génère suffisamment d'énergie pour produire des rayons gamma – les phénomènes généralement associés à des événements spatiaux extérieurs comme les supernovae ou les jets de trous noirs. L'étude soutient également les théories émergentes sur la dynamique des leaders de la foudre et le rôle potentiel de la rétroaction aléatoire thermique ou relativiste dans ces rafales extrêmes.
« Les observations multi-capteurs effectuées ici sont une première mondiale; bien que certains mystères restent, cette technique nous a rapprochés de la compréhension du mécanisme de ces rafales de radiation fascinantes », explique Harufumi Tsuchiya, auteur principal.
La recherche offre non seulement un aperçu rare du fonctionnement interne de la foudre, mais également des données précieuses qui pourraient être utilisées pour améliorer la sécurité et la résilience des structures vulnérables aux phénomènes atmosphériques à haute énergie.
