Η ενέργεια που απαιτείται για τις καταιγίδες, ώστε να δημιουργηθούν κεραυνοί, ίσως προέρχεται από μια “χιονοστιβάδα” ηλεκτρονίων, που έχουν σπαρθεί από κοσμικές ακτίνες εκτός Γης, σύμφωνα με νέα μελέτη.
Οι επιστήμονες γνωρίζουν ήδη πως ένας κεραυνός είναι μια ηλεκτρική εκκένωση μεταξύ των καταιγιδοφόρων νεφών και της επιφάνειας της Γης, όμως το πως αυτά τα νέφη αποκτούν ηλεκτρικό φορτίο και πεδίο αρκετά ισχυρό, ώστε να εκτοξεύουν τόσο μεγάλη ενέργεια, παραμένει μυστήριο εδώ και αιώνες.
Μια νέα μελέτη χρησιμοποίησε υπολογιστικά μοντέλα για να αποκαλύψει πως οι κεραυνοί είναι το αποτέλεσμα μιας ισχυρής αλυσιδωτής αντίδρασης που ξεκινάει από το διάστημα.
«Τα ευρήματά μας παρέχουν την πρώτη ακριβή, ποσοτική εξήγηση για το πώς ξεκινούν οι κεραυνοί στη φύση», δήλωσε σε ανακοίνωσή του ο επικεφαλής της μελέτης Victor Pasko, καθηγητής ηλεκτρολογίας στη Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Επιστήμης Υπολογιστών του Πανεπιστημίου της Πενσυλβάνια . «Συνδέει τις κουκκίδες μεταξύ των ακτίνων Χ, των ηλεκτρικών πεδίων και της φυσικής των ηλεκτρονιακών χιονοστιβάδων».
Η ηλεκτρική φύση του κεραυνού, περιεγράφηκε με ακρίβεια από τον Βενιαμίν Φραγκλίνο, το 1752.
Το εμβληματικό, αν και συχνά παρερμηνευμένο, πείραμα του Φραγκλίνου περιελάβανε την πτήση ενός χαρταετού στερεωμένου σε ένα σύρμα μήκους 30 εκατοστών στο ένα άκρο και ενός σπάγκου συνδεδεμένου με ένα κλειδί στο άλλο, το οποίο ο Φραγκλίνος κρατούσε με μια μεταξωτή κορδέλα. Όταν έφτασε μια καταιγίδα, ο χαρταετός ηλεκτρίστηκε και ο σπάγκος βράχηκε, με αποτέλεσμα μια μικρή σπίθα να πεταχτεί από το κλειδί στο τεντωμένο δάχτυλό του.
Όμως, τα δεδομένα που καταγράφονται από αεροπλάνα και μετεωρολογικά αερόστατα, δείχνουν πως το ηλεκτρικό πεδίο στα σύννεφα, είναι περίπου 10 φορές μικρότερο από αυτό που χρειάζεται ώστε να κατεβούν τα ηλεκτρόνια από τα σύννεφα στη Γη, με τη μορφή κεραυνού.
Υπάρχουν δύο ανταγωνιστικές θεωρίες που εξηγούν πώς στην πραγματικότητα συμβαίνουν οι κεραυνοί. Η πρώτη, η ατμοσφαιρική στατική ηλεκτρική ενέργεια, υποστηρίζει ότι η τριβή μεταξύ των συστάδων πάγου στα καταιγιδοφόρα σύννεφα διαχωρίζει τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια από τα άτομα, προκαλώντας τη συσσώρευσή τους μέχρι να ιονίσουν σωματίδια στην ατμόσφαιρα από κάτω τους, απελευθερώνοντας αρκετά ηλεκτρόνια για να τρέξουν στο έδαφος κατά μήκος πολλαπλών διακλαδώσεων.
Στην άλλη θεωρία, αυτός ο αρχικός ιονισμός επιτυγχάνεται από κοσμικές ακτίνες, δηλαδή υποατομικά σωματίδια υψηλής ενέργειας (στην πλειοψηφία τους πρωτόνια) από το διάστημα, που χτυπούν την ανώτερη ατμόσφαιρα. Αυτές οι κοσμικές ακτίνες μας έρχονται από τον ήλο, τις αστρικές εκρήξεις και τις σουπερνόβα, όπως επίσης και από αστέρες νετρονίων και άλλες άγνωστες πηγές. Όταν αυτά τα κοσμικά σωματίδια χτυπούν την ατμόσφαιρα, δημιουργούν μια ανεξέλεγκτη διάσπαση ηλεκτρονίων, που καταλήγουν σε έναν «καταρράκτη» που προσκρούει στο έδαφος!
Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές συγκέντρωσαν δεδομένα από επίγειους αισθητήρες, δορυφόρους και κατασκοπευτικά αεροσκάφη μεγάλου υψομέτρου και ταίριαξαν τις πληροφορίες με ένα μαθηματικό μοντέλο που προσομοίωνε τις συνθήκες σε ένα σύννεφο καταιγίδας πριν από μια πρόσκρουση.
Αυτό ήταν το πρώτο ανθρώπινο είδος… μέχρι στιγμής!
Οι προσομοιώσεις φαίνεται να υποστηρίζουν τη θεωρία των κοσμικών ακτίνων, δείχνοντας πως τα ηλεκτρόνια που παράγονται από πρωτόνια υψηλής ταχύτητας, επιταχύνονται κατά μήκος των γραμμών του ηλεκτρικού πεδίου και πολλαπλασιάζονται καθώς χτυπούν τα μόρια της ατμόσφαιρας, όπως μόρια αζώτου και οξυγόνου. Αυτό οδηγεί σε μια χιονοστιβάδα ηλεκτρονίων, παράγοντας φωτόνια υψηλής ενέργεια που πυροδοτούν τους κεραυνούς, λένε οι ερευνητές.
Είναι εντυπωσιακό ότι το μοντέλο εξηγεί επίσης γιατί οι λάμψεις ακτίνων γάμμα – φωτόνια υψηλής ενέργειας – και ακτίνων Χ συμβαίνουν πριν από την αστραπή.
«Στη μοντελοποίησή μας, οι ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας που παράγονται από τις σχετικιστικές χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων δημιουργούν νέα ηλεκτρόνια-σπόρους που οδηγούνται από το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο στον αέρα, ενισχύοντας γρήγορα αυτές τις χιονοστιβάδες», δήλωσε ο Pasko. «Εκτός από το ότι παράγεται σε πολύ συμπαγείς όγκους, αυτή η αλυσιδωτή αντίδραση μπορεί να συμβεί με εξαιρετικά μεταβλητή ισχύ, οδηγώντας συχνά σε ανιχνεύσιμα επίπεδα ακτίνων Χ, ενώ συνοδεύεται από πολύ ασθενείς οπτικές εκπομπές και ραδιοεκπομπές. Αυτό εξηγεί γιατί αυτές οι λάμψεις ακτίνων γάμμα μπορούν να προκύψουν από περιοχές πηγής που φαίνονται οπτικά αμυδρές και ραδιοφωνικά σιωπηλές».
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο Journal of Geophysical Research: Atmospheres.
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
