The iSTORM Instrument for Airborne Measurements of Gamma-Ray Emissions from Thunderstorms
यह शोध पत्र iSTORM का परिचय देता है, जो अमेरिकी नौसेना अनुसंधान प्रयोगशाला द्वारा नासा के ER-2 विमान के लिए विकसित एक गामा-किरण स्पेक्ट्रोमीटर है, जो ALOFT अभियान के दौरान गरजते बादलों से संबंधित गामा-किरण क्षणिक घटनाओं, जिनमें ग्लो (glows), टेरेस्ट्रियल गामा-रे फ्लैश और नवनि discovered फ्लिकरिंग गामा-रे फ्लैश शामिल हैं, को सफलतापूर्वक पता लगाने और उनका लक्षण वर्णन करने के लिए CeBr₃ स्किंटिलेटर के एक सरणी (array) का उपयोग करता है।
मूल पेपर CC0 1.0 (http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/) के तहत सार्वजनिक डोमेन को समर्पित है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
आकाश का गुप्त प्रकाश शो
कल्पना कीजिए कि आकाश केवल एक नीला कंबल या एक तूफानी ग्रे पर्दा नहीं है, बल्कि एक विशाल, अदृश्य प्रयोगशाला है जहाँ प्रकृति उच्च-गति के प्रयोग चलाती है। दशकों से, वैज्ञानिक जानते हैं कि गरज के साथ होने वाली बारिश केवल बारिश और गर्जना के बारे में नहीं है; वे गामा किरणों नामक एक अजीब, अदृश्य प्रकार की रोशनी के कारखाने भी हैं। इन गामा किरणों को टॉर्च की रोशनी या कैंपफायर की गर्मी के "सुपर-एनर्जी" चचेरे भाई के रूप में सोचें। वे इतनी शक्तिशाली होती हैं कि ठोस वस्तुओं के माध्यम से निकल सकती हैं और ब्रह्मांड के पार यात्रा कर सकती हैं।
इन तूफ़ानी प्रकाश शो के दो मुख्य प्रकार हैं जिन्हें वैज्ञानिक समझने की कोशिश कर रहे हैं। पहला है "टेरेस्ट्रियल गामा-रे फ्लैश" (TGF)। कल्पना कीजिए कि एक कैमरा फ्लैश बहुत तेज़ी से चमकता है—इतना तेज़ कि यह पलक झपकते ही हो जाता है, जो केवल एक सेकंड के एक छोटे से हिस्से तक रहता है। दूसरा प्रकार है "गामा-रे ग्लो" (Gamma-ray Glow)। यदि फ्लैश एक कैमरा विस्फोट है, तो ग्लो एक धीरे-धीरे जलते हुए अंगारे या एक लालटेन की तरह है जो सेकंड या मिनटों तक जलता रहता है। हालाँकि हमने अंतरिक्ष से इन फ्लैशों को देखा है, लेकिन उन्हें करीब से देखना मुश्किल रहा है क्योंकि उपग्रह बहुत तेज़ी से गुजर जाते हैं। इन तूफानों द्वारा इतनी तीव्र ऊर्जा कैसे बनाई जाती है, इसे वास्तव में समझने के लिए, वैज्ञानिकों को इन जादुई घटनाओं को वास्तविक समय में देखने के लिए बादलों के बिल्कुल करीब जाने की आवश्यकता थी।
आकाश का जासूस: iSTORM
यहाँ iSTORM आता है, जो अमेरिकी नौसेना अनुसंधान प्रयोगशाला के वैज्ञानिकों द्वारा बनाया गया एक चतुर नया गैजेट है, जो इन तूफानी रहस्यों के लिए एक जासूस के रूप में कार्य करता है। इसका नाम "इन-सिटू थंडरस्टॉर्म ऑब्जर्वर फॉर रेडिएशन मैकेनिज्म्स" (In-Situ Thunderstorm Observer for Radiation Mechanisms) है, जो एक फैंसी तरीका है यह कहने का कि "एक ऐसा उपकरण जो विकिरण कैसे काम करता है, यह देखने के लिए सीधे तूफान के बीच में बैठता है।" इस उपकरण को नासा के ER-2 विमान पर बांधा गया था, जो एक उच्च-ऊंचाई वाला जासूसी विमान है जो इतनी ऊंचाई पर उड़ता है कि वह लगभग अंतरिक्ष में होता है, लगभग 65 से 68 हजार फीट की ऊँचाई पर उड़ता है।
iSTORM का हृदय एक इंच चौड़े 32 नन्हे क्रिस्टल नेत्रों की एक टीम है। ये सामान्य आँखें नहीं हैं; ये सेरियम-डोप्ड ब्रोमाइड (CeBr3) नामक एक विशेष सामग्री से बनी हैं जो गामा किरणों से टकराने पर चमक उठती है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि वे कुछ भी मिस न करें, प्रत्येक क्रिस्टल को एक सिलिकॉन फोटोमल्टीप्लायर (SiPM) नामक एक सुपर-संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक सेंसर के साथ जोड़ा गया है। मिलकर, वे एक ग्रिड बनाते हैं जो लगभग 250 keV से लेकर 5 MeV तक की गामा किरणों को पकड़ सकता है। पूरे सेटअप को एक मजबूत, सीलबंद बॉक्स में पैक किया गया है जो इलेक्ट्रॉनिक्स को ऊपर की अत्यधिक ठंड और पतली हवा से सुरक्षित रखता है, जिसका वजन लगभग 24.3 किलोग्राम है।
ALOFT अभियान नामक एक विशेष मिशन के दौरान, यह विमान मध्य अमेरिका और कैरिबियन के ऊपर 10 मिशनों के लिए उड़ा, जो तूफानों की तलाश में था। लक्ष्य सरल था: सक्रिय गरज वाले तूफानों के ऊपर उड़ना और देखना कि गामा-रे डिटेक्टर क्या पाते हैं। परिणाम अपेक्षित और पूरी तरह से नए अनुभवों का मिश्रण थे।
ज्ञात सितारे: ग्लो और फ्लैश
जैसा कि वैज्ञानिकों ने उम्मीद की थी, iSTORM ने कई ज्ञात घटनाओं को पकड़ा। इसने "गामा-रे ग्लोज़" को देखा, जो ऊर्जा की लंबी अवधि वाली, स्थिर धाराएं हैं जो सेकंड या मिनटों तक चल सकती हैं। बे ऑफ कैम्पेचे के ऊपर एक विशिष्ट उड़ान में, उपकरण ने एक ऐसा सक्रिय तूफान देखा जिसने एक ही सत्र में लगभग 100 सुपर-फास्ट "टेरेस्ट्रियल गामा-रे फ्लैश" (TGFs) को रिकॉर्ड किया। ये फ्लैश आकाश के अपने स्ट्रोब लाइट की तरह हैं, जो केवल लगभग 1 मिलीसेकंड (एक हज़ारवें सेकंड) तक चलते हैं। डेटा ने दिखाया कि ये फ्लैश अक्सर "ग्लोज़" के भीतर ही होते हैं, जिससे पता चलता है कि वे संभवतः एक ही अराजक विद्युत नृत्य का हिस्सा हैं जो तूफान के बादलों के अंदर हो रहा है।
नई खोज: टिमटिमाती चमक (The Flickering Flash)
लेकिन असली उत्साह उस चीज़ से आया जिसे पहले किसी ने नहीं देखा था। टीम ने एक नई घटना खोजी जिसे वे "फ्लिकरिंग गामा-रे फ्लैश" (FGFs) कहते हैं। यदि एक TGF एक एकल कैमरा फ्लैश है और एक ग्लो एक स्थिर लालटेन है, तो एक FGF एक टूटे हुए बल्ब की तरह है जो तेजी से चालू और बंद होता रहता है। ये घटनाएं सामान्य फ्लैश की तुलना में अधिक समय तक चलती हैं—20 से 250 मिलीसेकंड के बीच—और इनमें कई पल्स होते हैं, जैसे गामा किरणों की एक तीव्र मशीन गन।
24 जुलाई, 2023 के उस बड़े तूफान के डेटा में, उपकरण ने तीन ऐसे टिमटिमाते इवेंट पकड़े। उनमें से एक लगभग 250 मिलीसेकंड तक चला और उसमें लगभग 14 अलग-अलग पल्स थे। इसे और भी अजीब बनाने वाली बात यह है कि जब ये टिमटिमाते फ्लैश हुए, तो वैज्ञानिकों ने कोई मिलान करने वाली दृश्य प्रकाश या रेडियो तरंगें नहीं देखीं, जो आमतौर पर बिजली (lightning) के साथ जुड़ी होती हैं। यह सुझाव देता है कि FGFs एक अद्वितीय प्रकार की विद्युत घटना हो सकते हैं जो केवल इन उच्च-ऊर्जा गामा किरणों के माध्यम से खुद को प्रकट करते हैं, और अपनी वास्तविक प्रकृति को हमारी आँखों और कानों से छिपा लेते हैं।
आगे क्या है?
यह शोध पत्र पुष्टि करता है कि iSTORM जैसे उपकरणों को उड़ाना इन तूफानों का अध्ययन करने का एक शक्तिशाली तरीका है, जो कमजोर फ्लैश की एक पूरी नई "जनसंख्या" को ढूंढता है जिसे ऊपर उड़ने वाले उपग्रह मिस कर सकते हैं। टीम पहले से ही उपकरण के अपग्रेड किए गए संस्करण पर काम कर रही है, जिसमें कंप्यूटर मस्तिष्क को तेज़ बनाया जा रहा है और डेटा को वास्तविक समय में ज़मीन पर भेजने की क्षमता जोड़ी जा रही है। वे 2026 या 2027 में इस नए और बेहतर डिटेक्टर को फिर से उड़ाने की योजना बना रहे हैं ताकि एक अलग प्रकार के तूफान का अध्ययन किया जा सके: जंगल की आग से बने विशाल बादल, जिन्हें पायरोक्यूमुलोनिम्बस (pyrocumulonimbus) कहा जाता है। फिलहाल, टिमटिमाते फ्लैश की खोज इस बात की याद दिलाती है कि विज्ञान के उस क्षेत्र में, जहाँ दशकों से तूफानों का अध्ययन किया जा रहा है, आकाश के पास अभी भी प्रकट करने के लिए बहुत सारे आश्चर्य बचे हैं।
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