雷雲プロジェクトの概要
1. 雷雲は天然の「粒子加速器」
地球には宇宙から絶えず目に見えない高エネルギーの粒子(宇宙線)が降り注いでいます。宇宙線は、遥か彼方のブラックホールや中性子星、超新星残骸などの特殊な環境で発生すると考えられています。そのような環境において、電子や陽電子が人類では作り出すことができないほどのエネルギーまで「加速」され、生み出されているようです。
ところが最近の研究から、地球上のカミナリ雲でも電子が高いエネルギーにまで「加速」されている証拠が見つかってきました。加速された電子が大気分子と衝突することで生じるガンマ線がカミナリ雲からビーム状に放出されていることがわかったのです(図1)。しかし、カミナリ雲の中というありふれた環境において、どのように「加速」が起こるのかはよくわかっていません。さらに、私たちの観測によって、ガンマ線だけでなく高エネルギーの電子が瞬間的に大量に生じている兆候も見えています。どうやら、まだまだ未知の現象がカミナリ雲に潜んでいるようです。
私たちは普段は人工衛星を用いて中性子星や白色わい星といった極めて特殊な天体の研究をしているのですが、本プロジェクトでは宇宙物理の研究で培った検出装置の製作技術を活かし、地球上のカミナリ雲で生じている高エネルギー現象を観測したいと思っています。
雷雲における粒子加速現象についてのより詳しい説明は、以下のウェブサイトを参照してください。
2. データの分類に参加しよう
検出器システムと得られるデータ
雷雲での粒子加速事象を捉えるために、本プロジェクトではガンマ線と高エネルギー電子を検出するための検出器システム(図2)を開発し、北陸地方の屋外で観測運転をすることでガンマ線や電子の到来数を時々刻々計測しています。多くの時間帯は、宇宙線や周囲に存在する天然の放射性元素に由来する環境放射線が検出されるだけで、単位時間あたりの計測数は「統計誤差」の範囲内でほぼ一定になります。
まれに、粒子加速現象をともなう雷雲が検出器の上空を通過すると、単位時間あたりの計測数が、環境放射線の計測数から急激に上昇することが期待されます(図3)。雷雲は上空の風によって移動し、1分程度で粒子加速領域が検出器の上空を通りすぎるため、計測数の上昇は約1分程度で収まり、計測数はもとの環境放射線の値に戻ります。このような単純な増加・減少の特徴だけであれば、コンピュータプログラムを用いて一律の条件でデータを解析すれば、雷雲由来の計測数増加イベントを自動的に抜き出すことができます。
雷雲ガンマ線が検出される際の計測数の「特徴的な変動」
ところが過去の観測から、雷雲からのガンマ線が観測される際の計測数の増加・減少の時間変化のしかたは、ひじょうに多様であることがわかっています。計測数最大の時間に対して前後対称な増加・減少の形状を示すもの、雷放電に同期してガンマ線放射が急に減少するもの、その逆に雷放電に同期してガンマ線放射が急に増加するもの、などです。これらの複雑な時間変化の特徴は、コンピュータによる自動解析だけでは抜き出せない可能性があるため、大量の観測データに隠れた貴重なイベントを見逃さないように、人の目で一つ一つデータを確認することが重要です。
このウェブサイトでは、みなさんの目で雷雲起源のガンマ線計測数増加の有無をチェックしてもらい、本プロジェクトのデータ解析に貢献してもらうことができるよう、検出器システムで得られたガンマ線・高エネルギー粒子の計測数の時系列データを公開しています。データのチェックと結果の報告は1データセットあたり3クリックで完了します。複数のチェック結果を統計的に処理することで、特徴的な計測数の増加があるデータが抽出できます。データ中に雷雲起源のガンマ線計測数増加らしい特徴がある場合、研究者が詳細な解析を進めます。
空カメラと、その画像に写っているもの
雷雲ガンマ線検出器には、空の様子を定期的に撮影している「空カメラ」も搭載されています。夜間の撮影はできないのですが、もしも昼間に雷雲からのガンマ線放射イベントが発生した時には、そのときの雲の様子や風向きを調査できるようになっています。データの分類の際には、空カメラの画像の天気(もしくは夜かどうか)も分類していただきます。以下の写真はある検出器の空カメラの画像のサンプルです。夜間の画像には、たまに月が視野内に写りこんでいるので、見ることができた方はラッキーです。時間帯によっては飛行機雲も写ります。(月や飛行機雲が見えているということは雷雲が出ていないので、もともとの目的である雷雲ガンマ線は検出できませんが...)
