Terrestrial Gamma Flashes - the Most Energetic Photon Phenomenon in our Atmosphere

Gjennom ASIM prosjektet har vi utviklet en detektor modul for måling av gamma-fotoner som blir produsert i forbindelse med tordensystemer, de såkallte ?terrestrial gamma flashes (TGF), eller jordiske gammaglimt. Vi videreutvikler dette modulære konseptet for å optimalisere instrumentets egenskaper når det skal fly i ballong- og fly-høyde. Mens ASIM vil fly i 350 km høyde vil COBRAT ballongen fly i ca 30-35 km. Dette stiller andre krav til tidsoppløsning og burstrate kapasitet. Vi utvikler også mekaniske strukturer og dataprosesseringsenhet for instrument pakken. Planlagt ballongslipp var 2016 og 2017, men er desverre utsatt pga forsinkelser i CNES, Frankrike. Vi har derfor ikke kommet skikkelig i gang med dette. Våren 2014 hadde vi besøk av Hugh Christian som har tilbudt oss å ha med et tilsvarende instrument på et forksningsfly som han disponerer i forbindelse med ett av sine prosjekter. Vi vil derfor utvikle COBRAT instrumentet for denne flykampanjen. Dette arbeidet startet våren 2015. Vi ansatte en ingeniør våren 2014 som skal lønnes fra dette prosjektet i 2.5 år, som planlagt. Første flykampanje er planlagt våren 2016. På grunn av manglende progresjon på COBRAT, som skyldes forhold utenfor vår kontroll ba jeg om å forlenge prosjektet vårt med 2 år, dvs til desember 2016, noe som ble innvilget i 2014. Analysedelen av dette prosjektet er først og fremst et phD project til Ragnhild Nisi, som er finansiert av prosjektet. Hun forsvarte sin avhandling Juni 2014. Avhandlingen bestod av 3 artikler. En artikkel handlet om hvor sterke signaler fra jordiske gammglimt vi kan forvente å måle i ballong og fly høyde. Andre artikkel var statistisk om tropopause høyde når jordiske gammglimt skjer. En tredje artikkel var hun medforfatter på. Dette arbeidet benytte eksisterende målinger av gammglimt for å estimere hvor ofte de skjer. Resultatet var at med nåværende målinger og instrumentbegrensinger kan vi ikke utelukke at alle lyn produserer gammglimt. I 2013 publiserte vi en artikkel i GRL, som er første gang gammaglimt, optiske målinger av lyn samt radiobølger fra lynutslag er rapportert. Artikkelen fikk en egen AGU press release. I den forbindelse fikk vi 38 oppslag rundt i verden, samt en rekke media omtale og bidrag i norsk presse. Se eget vedlegg som er opplastet under ´Særskilt rapportering´. Blant publikasjoner de siste to år vil vi trekke fra Skeltved et al. 2014, der vi har modellert (Monte Carlo) en av teoriene for å forklare produksjon av gammastråler fra tordenskyer. Dette er feedback-modell. Vi viste at teorien kan respodusere både intensitet og spektral form på gamma stråler, men at man vil trenge urealistisk sterke potensialforskjeller i tordenskyer. Vi vil også trekke fram en artikkel av Carlson et al., 2015, der en fraktalmodell av ´leader´ forplantning i forbindelse med lyn blir beskerevet og viser at vi kan reprodusere elektriske felt målinger. PI for prosjektet er med i styringsgruppen for TEA-IS, et nettverksprosjekt støttet av det European Science Foundation (og NFR). Dette prosjektet inngår i Birkeland Centre for Space Science (SFF opprettet i 2013) som en del av forskningsgruppe 4 (Q4). Vi har også finansiering fra ESA og ERC Advanced Grant for denne gruppen. I denne gruppen har vi for tiden: PI, en forsker, 2 postdoc og to PhD. For instrumentdelen har vi totalt 5 ingeniører. Vi ansetter 2 nye postdoc denne høsten. Siden forrige rapporterings periode 2014, har vi publisert 3 artikler, holdt 11 foredrag på internasjonale konferanser. Vi har uteksaminert 2 Master studenter i 2015. Publikasjoner lastes også opp som særskilt rapport

This proposal seeks funding for one PhD student (3 years) involved in modelling of how the newly discovered phenomenon, terrestrial gamma-ray flashes (TGF) are produced, and expenses for participating in a balloon campaign to detect TGFs. The proposed act ivity is part of a larger effort at the University of Bergen (UB) to obtain unprecedented measurements of TGFs and develop modelling tools for understanding how electric discharges (lightning) in the atmosphere can accelerate electrons up to very high ene rgies (MeVs) to produce the most energetic natural photon phenomenon known to exist on Earth. At the moment this research effort has in-kind funding from UB (staff, engineers), the Norwegian Reaserch Council (NRC; one postdoc) and ESA ELIPS-3 program and ESA PRODEX (3 MEUR to develop an X-ray detector for the International Space Station). The current proposal constitutes an important and natural next step in this larger effort to resolve the mystery of TGF production in the Earths atmosphere.