מחקר של אוניברסיטת אריאל ובית הספר לקיימות באוניברסיטת רייכמן זיהה התגברות קרינת גמא (TGE) בשני אירועים חריגים בינואר 2018 בפסגת החרמון — ללא משקעים — ומדגים האצת אלקטרונים בעננים והשפעות אפשריות על תשתיות ותחזיות ברקים
סופות ברקים הן לא רק מחזה טבע מרהיב אלא גם תופעה מדעית מורכבת. מחקר חדש שפורסם לאחרונה בכתב העת המדעי היוקרתי Science of the Total Environment חושף גילוי יוצא דופן: סופות ברקים יבשות מעל פסגת החרמון פלטו קרינת גמא בעוצמות מפתיעות במיוחד, המהוות עדות לתהליכים חשמליים רבי-עוצמה המתרחשים בעננים מעל ראשינו.
המחקר נערך על ידי הסטודנט נדב מעודה וד"ר יובל ראובני מהמחלקה לפיזיקה באוניברסיטת אריאל, בשיתוף פרופ' יואב יאיר מבית הספר לקיימות באוניברסיטת רייכמן.
אירועים חריגים בהר הגבוה בישראל
המחקר התמקד בשני אירועים חריגים בינואר 2018, שבהם תועדו עליות חדות במדידות קרינת הגמא, זאת דווקא בתנאים יבשים, ללא גשם משמעותי. המדידות נערכו במצפה לקרינה קוסמית ע"ש אמיליו סגרה בפסגת החרמון, בגובה של כ-2,000 מטר, אזור אידיאלי לחקר תופעות אטמוספריות ייחודיות.
במהלך האירוע הראשון נרשמה התפרצות קרינת גמא חריגה במיוחד, כ-3,500 ספירות בדקה, פי כמה מהרמה הרגילה באזור. האירוע השני הציג עוצמות נמוכות יותר אך עדיין חריגות, כ-1,600 ספירות בדקה.
החוקרים מסבירים שהתהליך שגורם לפליטת הקרינה החריגה הוא האצת אלקטרונים למהירויות אדירות בתוך העננים, בשל השדות החשמליים החזקים הנוצרים בסופות ברקים. אלקטרונים עתירי-אנרגיה אלו ממשיכים לנוע בתוך ענן הסערה, ובמהלכם מתנגשים בגרעיני האטומים והמולקולות שבאוויר; בתהליך בלימה (bremsstrahlung) ההתנגשות מאטה אותם ומשחררת פוטוני גמא באנרגיות גבוהות. פוטונים אלה מגיעים עד פני הקרקע ומתגלים כתופעת TGE – Thunderstorm Ground Enhancement. היעדר הגשם באירועים שנחקרו היה משמעותי במיוחד, מכיוון שאפשר לחוקרים לשלול השפעות אחרות, כמו שטיפת רדון אטמוספרי עם מי הגשם, ולהוכיח באופן ברור שהקרינה נוצרה מהשדות החשמליים עצמם.
יישומים מעשיים של המחקר
המחקר הצליח לזהות גם מצב חריג שבו העלייה בקרינת הגמא התרחשה בזמן שהשדה החשמלי היה דווקא חיובי, אירוע נדיר במיוחד. ממצא זה מדגיש את המורכבות החשמלית והמבנית של ענני הסופה, ומספק ראיות נוספות להבנת התהליכים הפיזיקליים המתרחשים בהם.
מלבד עניין מדעי טהור, המחקר מספק גם כלים חדשים לשיפור ההיערכות לאירועי מזג אוויר קיצוניים. פליטת קרינת גמא עוצמתית עלולה להשפיע על תשתיות תקשורת ואלקטרוניקה רגישות, ולכן הבנת התופעה עשויה לסייע בחיזוי אירועים כאלה ובהגנה מפניהם.
לדברי ד"ר ראובני, "ככל שנדע לחזות טוב יותר תופעות כאלה, כך נוכל להפחית את ההשפעות שלהן על החיים שלנו. החרמון הוא למעשה מעבדה טבעית נדירה, המאפשרת למדענים ישראלים לתרום להבנה העולמית של סופות ברקים".
מבט לעתיד – תחזיות מדויקות יותר
הצוות מתכנן להמשיך במחקר ובניטור, על מנת לשפר את היכולת לחזות את התרחשותן של התפרצויות קרינת גמא בעתיד. המחקר מדגיש את הצורך בפריסת תחנות מדידה נוספות, כדי ליצור רשת שתספק התרעה מוקדמת לאירועים מסוג זה.
"במזרח התיכון יש עדיין מעט מאוד תחנות מדידה המתמחות בקרינה אטמוספרית," מסכם ד״ר ראובני, "ואנחנו מקווים שהמחקר הנוכחי יוביל להקמת תחנות נוספות. כך נוכל להגן טוב יותר על תשתיות ולשפר את ההיערכות שלנו לתופעות אטמוספריות חריגות בעתיד."
המחקר, אם כן, לא רק חושף את הסודות המדעיים שמסתתרים מאחורי סופות ברקים, אלא גם מסייע לנו להתמודד טוב יותר עם ההשלכות האפשריות שלהן על חיינו כאן על הקרקע.
התרומה המדעית והיישומית
- פיזיקה של עננים וברקים – גילוי קרינת גמא בתנאי יובש מדגיש כי השדה החשמלי לבדו מסוגל להספיק להאצת חלקיקים. הממצאים גם מצביעים על כך שמבנה הענן עשוי להשתנות במהירות, מטעינה שלילית לחיובית, וליצור “חלונות” קצרי-טווח של האצה.
- חיזוי מזג-אוויר חללי וארצי – הבזקי גמא מלמדים על פוטנציאל פריקה חשמלית גבוה; ייתכן שבעתיד ישמשו “מערכת התרעה” לשדות חשמליים קיצוניים, חשוב במיוחד לאתרי תעופה ולמתקנים רגישים.
- בטיחות תעופה ולוויינים – קרינת גמא קצרת-טווח יכולה להגיע גם לשכבות טיסה (FL300-400). אמנם מינון הקרינה קטן להרבה מיֶזֶמה קוסמית רגילה, אך זיהוי מוקדם עשוי לסייע בניהול מסלולי טיסה.
- איכות סביבה ושינוי אקלים – יש עניין הולך וגובר בקישור בין חשמל סופות לאוקיינוס כימי האטמוספירה. קרינת גמא מלמדת על אזורים שבהם מתחוללים יינונים חזקים, המשפיעים על כימיה של אירוסולים ויצירת גרעיני עיבוי.
מדוע החרמון מיוחד – והיכן ממשיכים מכאן?
במזרח התיכון כמעט שאין מעבדות גובה למדידת קרינת סופות. החרמון מעניק שלושה יתרונות:
- גובה רב – פחות מסך אטמוספירה בין המצפה לבין הענן, ולכן האות חזק יותר.
- אקלים יבש-למחצה – חורפים רבים נטולי משקעים ממושכים, המאפשרים לבודד את ההשפעה החשמלית.
- קרבה לאזורי ברקים פעילים – החיבור בין הים התיכון לאפיקי אוויר קרים יוצר סופות כבדות מעל החרמון כמה פעמים בשנה.
החוקרים כבר החלו בפריסת גלאי קרינה נוספים באזורים נמוכים יותר, במטרה להשוות “גובה מול עוצמה” ולבדוק האם הקרינה נמצאת גם בעמק החולה, בהרי הגליל ואפילו בשפלה. נוסף לכך, צוות אוניברסיטת אריאל מקדם שיתופי פעולה עם תחנות דומות ביפן, בארה”ב ובקווקז, כדי לבנות רשת גלובלית שתנטר בזמן אמת את פליטות הגמא ותספק לוח התראות אוניברסלי.
מסקנה וטיפת השראה
המחקר הישראלי על סופות ברקים בחרמון ממחיש עד כמה הטבע עדיין מסתיר תעלומות, ולעיתים קרובות מתגלה שכלי מחקר מתקדמים “במקום הנכון ובזמן הנכון” יכולים להפוך הר כביכול שגרתי למעבדה ייחודית בעלת תרומה בינלאומית.
כפי שמסכם ד״ר ראובני: “הסופות האלו מלמדות אותנו שפיסות מידע קריטיות על כדור הארץ נחבאות גם אצלנו בחצר האחורית. אם נמשיך למדוד, להשוות ולשתף נתונים – נגלה תופעות שעד עכשיו היו נחלת משימות חלל.”
במילים אחרות, פסגת החרמון, יעד אהוב למטיילים ולגולשי סקי, היא גם חלון ייחודי לעולם הפיזיקה בקצה העליון של האטמוספירה. וייתכן שבעתיד הקרוב, ההתפרצויות הבלתי-נראות של קרינת גמא ישמשו אותנו כאבן דרך לשיפור תחזיות ברקים, בטיחות תעופה והבנת התהליכים החשמליים של כוכב הבית שלנו.
