Όταν ο Μπέντζαμιν Φράνκλιν έδεσε ένα κλειδί σε ένα χαρταετό και πέταξε σε μια καταιγίδα, έγινε για λίγο μια συσκευή συνδεδεμένη στην ισχυρότερη γεννήτρια ισχύος στη Γη.
Ο Φράνκλιν γνώριζε, όπως κάνουν οι περισσότεροι, ότι οι καταιγίδες είναι απίστευτα ισχυρές. Οι ερευνητές προσπάθησαν να εκτιμήσουν με ακρίβεια πως ισχυρό για περισσότερο από έναν αιώνα, αλλά πάντα έρχονται σύντομα - ακόμη και οι πιο εξελιγμένοι αερομεταφερόμενοι αισθητήρες είναι ανεπαρκείς, επειδή οι κεραυνοί είναι απλά πολύ μεγάλοι και απρόβλεπτοι για μέτρηση.
Τώρα, σε ένα άρθρο που δημοσιεύθηκε στις 15 Μαρτίου στο περιοδικό Physical Review Letters, οι ερευνητές στο Ooty, Ινδία, έκαναν μια νέα συγκλονιστική απάντηση - χάρη σε μια μικρή βοήθεια από κάποιες κοσμικές ακτίνες.
Χρησιμοποιώντας μια σειρά αισθητήρων που σχεδιάστηκαν για να μετρήσουν τα ηλεκτρικά πεδία και την ένταση των μιονίων - βαριά σωματίδια που συνεχώς βγαίνουν από την ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης, αποσυντίθενται καθώς περνούν μέσα από την ύλη - η ομάδα μέτρησε την τάση ενός μεγάλου κεραυνού που έτρεξε πάνω από το Ooty για 18 λεπτά την 1η Δεκεμβρίου 2014. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι, κατά μέσο όρο, το νέφος χρεώθηκε με περίπου 1,3 gigavolts ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία είναι 1,3 φορές 10 ^ 9 volts - περίπου 10 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη τάση από ό, τι παρέχεται από μια τυπική πρίζα Βόρεια Αμερική.
"Αυτό εξηγεί γιατί οι κεραυνοί είναι τόσο καταστρεπτικοί", ανέφερε ο συνάδελφος Sunil Gupta, ερευνητής κοσμικών ακτίνων στο ινστιτούτο Tata Institute of Fundamental Research της Ινδίας. "Αν διαλυθεί αυτή η τεράστια ποσότητα ενέργειας μέσω οτιδήποτε, αυτό θα προκαλέσει σοβαρές καταστροφές."
Βροντάζει μιόνια
Ο Γκούπτα και οι συνάδελφοί του μελετούν κυρίως τα μιονόντα - σωματίδια που μοιάζουν με ηλεκτρόνια, τα οποία δημιουργούνται όταν οι κοσμικές ακτίνες μπαίνουν σε διάφορα άτομα στην ατμόσφαιρα της Γης. Αυτά τα σωματίδια έχουν περίπου το ήμισυ της περιστροφής ηλεκτρονίων, αλλά 200 φορές το βάρος και είναι πολύ καλοί στην διείσδυση της ύλης. Ένα μιονίων που βγαίνει από την ατμόσφαιρα μπορεί να ταξιδέψει βαθιά μέσα στον ωκεανό ή σε μίλια υπόγεια σε λίγα μόνο δευτερόλεπτα, αρκεί να έχει αρκετή ενέργεια.
Τα Muons χάνουν την ενέργειά τους όταν κάτι ξεπεράσει - για παράδειγμα, μια πυραμίδα. Στις αρχές του 2018, οι επιστήμονες ανακάλυψαν δύο προηγουμένως άγνωστους θαλάμους μέσα στη Μεγάλη Πυραμίδα της Γκίζας, δημιουργώντας ανιχνευτές μιονίου γύρω από τη δομή και μετρώντας όπου τα σωματίδια έχασαν (και δεν έχασαν) ενέργεια. Τα muons που διέρχονται από τα πέτρινα τοιχώματα της πυραμίδας έχασαν περισσότερη ενέργεια από τους μιονόντες που διέρχονται από τους μεγάλους, άδειους θαλάμους. Τα αποτελέσματα επέτρεψαν στους ερευνητές να δημιουργήσουν έναν νέο χάρτη της εσωτερικής πλευράς της πυραμίδας χωρίς να βάλουν το πόδι μέσα σε αυτό.
Ο Gupta και οι συνάδελφοί του χρησιμοποίησαν μια παρόμοια μέθοδο για να χαρτογραφήσουν την ενέργεια μέσα στον καταιγισμό Ooty. Αντί να διαμαρτυρηθούν με την πέτρα, όμως, τα μιόνια που πέφτουν από το σύννεφο αντιμετώπισαν ένα ταραχώδες ηλεκτρικό πεδίο.
"Οι καταιγίδες έχουν ένα θετικά φορτισμένο στρώμα στην κορυφή και ένα αρνητικά φορτισμένο στρώμα στο κάτω μέρος", δήλωσε ο Gupta. "Αν ένα θετικά φορτισμένο μιονιαστικό χτυπά το σύννεφο καθώς βρέχει από την ανώτερη ατμόσφαιρα, θα απωθεί και θα χάσει ενέργεια".
Χρησιμοποιώντας μια σειρά αισθητήρων ανίχνευσης μιονίων και τέσσερις οθόνες ηλεκτρικών πεδίων που διαδόθηκαν σε πολλά μίλια, οι ερευνητές μέτρησαν τη μέση πτώση της ενέργειας μεταξύ των μιονίων που πέρασαν από το thundercloud και εκείνων που δεν πέρασαν από αυτό. Από αυτή την απώλεια ενέργειας, η ομάδα ήταν σε θέση να υπολογίσει πόσο ηλεκτρικό δυναμικό είχαν περάσει τα σωματίδια μέσα στο σύννεφο βροντών.
Ήταν μαζική.
"Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι οι κεραυνοί θα μπορούσαν να έχουν δυναμικό gigavolt στη δεκαετία του 1920", δήλωσε ο Gupta, "αλλά δεν ήταν ποτέ αποδεδειγμένο - μέχρι τώρα."
Χαρτογράφηση της βροντής
Μόλις οι ερευνητές γνώριζαν το ηλεκτρικό δυναμικό του νέφους, ήθελαν να προχωρήσουν ένα βήμα παραπέρα και να μετρήσουν με ακρίβεια πόση δύναμη είχε ο κεραυνός, καθώς κυριάρχησε πάνω από τον Ότι.
Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα από τις ευρέως διαδεδομένες οθόνες ηλεκτρικού πεδίου, η ομάδα συμπλήρωσε μερικές σημαντικές λεπτομέρειες σχετικά με το σύννεφο - δηλαδή το ταξίδι σε περίπου 60 χλμ. / Ώρα σε υψόμετρο 11,4 χιλιομέτρων πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, είχε εκτιμώμενη έκταση 146 τετραγωνικών μιλίων (380 τετραγωνικά χιλιόμετρα, περιοχή περίπου έξι φορές μεγαλύτερο από το Μανχάταν) και έφτασε στο μέγιστο δυναμικό ηλεκτρικής ισχύος μόλις 6 λεπτά μετά την εμφάνισή του.
Οπλισμένοι με αυτή τη γνώση, οι ερευνητές ήταν τελικά σε θέση να υπολογίσουν ότι η καταιγίδα έφερε περίπου 2 gigawatts της εξουσίας, κάνοντας αυτό το ενιαίο σύννεφο πιο ισχυρό από ό, τι οι ισχυρότερες μονάδες πυρηνικής ενέργειας στον κόσμο, είπε ο Gupta.
"Η ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύεται εδώ είναι αρκετή για να καλύψει όλες τις ανάγκες σε ενέργεια μιας πόλης όπως η Νέα Υόρκη για 26 λεπτά", ανέφερε ο Γκούπτα. "Αν θα μπορούσατε να το αξιοποιήσετε. "
Με τη σημερινή τεχνολογία, αυτή είναι μια απίθανη προοπτική, ο Gupta σημείωσε: Η ποσότητα ενέργειας που διαχέεται από μια τέτοια καταιγίδα είναι τόσο υψηλή που θα μπορούσε πιθανώς να λιώσει οποιοδήποτε αγωγό.
Ωστόσο, η βίαιη δυναμική των καταιγίδων θα μπορούσε να συμβάλει στην επίλυση ενός κοσμικού μυστηρίου που οι επιστήμονες όπως ο Gupta και οι συνάδελφοί του ζήτησαν εδώ και δεκαετίες: Γιατί οι δορυφόροι μερικές φορές ανιχνεύουν ακτίνες γάμμα υψηλής ενέργειας που εκτοξεύονται από τη γήινη ατμόσφαιρα, ;
Σύμφωνα με τον Gupta, εάν οι καταιγίδες μπορούν πράγματι να δημιουργήσουν ένα ηλεκτρικό δυναμικό μεγαλύτερο από ένα gigavolt, θα μπορούσαν επίσης να επιταχύνουν τα ηλεκτρόνια αρκετά γρήγορα ώστε να σπάσουν άλλα άτομα στην ατμόσφαιρα, προκαλώντας αναλαμπές ακτίνων-γ.
Αυτή η εξήγηση απαιτεί περισσότερη έρευνα για να εξακριβωθεί η ακρίβειά της, ανέφερε ο Γκούπτα. Εν τω μεταξύ, βεβαιωθείτε ότι θαυμάστε τον επόμενο καταιγισμό που βλέπετε, γιατί είναι μια απίστευτα δυνατή δύναμη της φύσης - και, παρακαλώ, σκεφτείτε δύο φορές πριν πετάξετε ένα χαρταετό.
