Når et lyn flænser luften, er resultatet ikke bare torden, men også radioaktive grundstoffer og antistof. Gammastråler fra lynet kan nemlig slå luftens atomer i stykker, så nye, ustabile atomer opstår.
Det har japanske forskere fundet ud af, for de var klar med måleinstrumenter, da et tordenvejr rullede ind over Japan 6. februar 2017. De har beskrevet deres resultater i en artikel i det videnskabelige tidsskrift Nature.
»Metoden gør det muligt at blive klogere på lyn – hvad der præcis sker i atmosfæren,« siger Nikolaj Zinner, der er fysiker og lektor ved Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet.
»Lyn er ikke specielt velforståede fænomener. De er svære at studere, så det er fint at blive klogere på dem. Det er god forskning,« siger han.
\ Læs mere
Elektroner får fuld fart på
Et lyn er en naturlig partikelaccelerator, for i lynet får elektroner fuld fart på. Elektronerne accelereres op til hastigheder tæt på lysets, og det forårsager den meget energirige elektromagnetiske stråling, der kaldes gammastråling.
»Et lyn er en elektrisk udladning, som ioniserer luften – elektroner bliver revet løs fra atomerne. De frie elektroner bliver accelereret i det elektriske felt, og så kommer gammastrålingen,« siger Nikolaj Zinner.
Gammastrålerne rammer luftens atomkerner og forårsager en såkaldt fotonuklear reaktion, og det er de kernereaktioner, som japanerne har målt.
\ Læs mere
Gammel teori bekræftet
Det er en gammel teori, japanerne nu har bekræftet med observationer. Helt tilbage i 1925 foreslog den skotske fysiker og meteorolog Charles Wilson, at tordenvejr kan forårsage kernereaktioner. Dengang havde fysikerne dog ikke helt tjek på atomkernerne – specielt fordi neutronen endnu ikke var blevet opdaget.
Gammastrålerne er tidligere blevet detekteret fra fly og satellitter, men fysikerne manglede det endelige bevis for, at de kunne forandre atomkerner ved at slå neutroner ud af dem. Computersimuleringer viste, at det burde kunne ske, men først nu har fysikerne beviset.
Japanerne koncentrerede sig om, hvad det endelige resultat af gammastrålerne fra lynene måtte være. Atmosfæren består primært af kvælstof og ilt, så derfor er det oplagt at se på, hvad gammastrålerne gør ved disse grundstoffer.
Kvælstof bliver til kulstof
For kvælstof (også kaldet nitrogen) ser processen således ud:
- En atomkerne i den stabile isotop kvælstof-14 rammes af en gammastråle – en meget energirig foton – fra lynet.
- En neutron bliver slået løs, så atomet bliver omdannet til kvælstof-13, som er en ustabil, radioaktiv isotop.
- Kvælstof-13 har en halveringstid på 10 minutter, så der går ikke lang tid, før isotopen henfalder til kulstof-13, der er stabilt.
- Ved henfaldet udsendes to elementarpartikler, nemlig en neutrino og en positron, som er elektronens antipartikel.
- Positronen rammer en elektron, så begge partikler forsvinder under udsendelse af to nye gammastråle-fotoner, hver med en energi på 0,511 MeV.
På samme måde kan ilt-16 blive til ilt-15, der henfalder til stabilt kvælstof-15 – også ved udsendelse af en neutrino og en positron.
Intet at bekymre sig for
De japanske forskere målte først udladningen af gammastråler direkte fra lynet. Derefter målte de stråling, der nødvendigvis måtte stamme fra henfaldet af ustabile isotoper dannet i sammenstødet mellem de løsrevne neutroner og nye atomkerner. Til sidst målte de stråling med den karakteristiske energi på 0,511 MeV fra sammenstødet mellem elektroner og positroner.
Så nu tør de godt sige, at der dannes radioaktive grundstoffer i forbindelse med lyn. En lignende proces finder i øvrigt sted i den øvre atmosfære, når kosmisk stråling rammer atomerne.
En smule af den kulstof og kvælstof, vi finder på Jorden i dag, stammer altså fra lyn. Men det er forsvindende små mængder, og vi skal i øvrigt ikke være bekymret for den radioaktivitet, der dannes i forbindelse med lynnedslag. Den fylder ikke meget i forhold til den naturlige baggrundsstråling.
