Οι κοσμικές ακτίνες θα μπορούσαν να αποκαλύψουν μυστικά κεραυνών στη Γη

Παρά τις καλύτερες προσπάθειες του Benjamin Franklin με χαρταετό και κλειδί, το φαινόμενο του κεραυνού παραμένει ένα επιστημονικό αίνιγμα. Τώρα, οι ερευνητές έχουν αναπτύξει ένα νέο εργαλείο που θα μπορούσε να τους βοηθήσει να λύσουν μερικά από τα μυστήρια του κεραυνού. Χρησιμοποιώντας κοσμικές ακτίνες, σωματίδια που ταξιδεύουν στο διάστημα που πέφτουν συνεχώς βροχή στην ατμόσφαιρά μας, οι επιστήμονες αναφέρουν ότι μπορούν να κρυφοκοιτάξουν μέσα στις καταιγίδες και να μετρήσουν τα ηλεκτρικά τους πεδία, βοηθώντας τους να εντοπίσουν τις συνθήκες που προκαλούν τα ηλεκτρικά ξεσπάσματα των καταιγίδων. Η πρόοδος θα μπορούσε να βοηθήσει τους ερευνητές να προβλέψουν με μεγαλύτερη ακρίβεια πότε και πού είναι πιο πιθανό να χτυπήσει κεραυνός και να βγάλει τους ανθρώπους από το κακό έγκαιρα.

Οι κεραυνοί είναι τόσο ελάχιστα κατανοητοί εν μέρει επειδή η μέτρηση των ηλεκτρικών πεδίων μέσα στις καταιγίδες είναι δύσκολη. Οι επιστήμονες έχουν κάνει μετρήσεις στέλνοντας μπαλόνια ή μικρούς πυραύλους στα σύννεφα, αλλά τέτοιοι ανιχνευτές μπορούν να αλλάξουν το ηλεκτρικό περιβάλλον, πιθανώς να κρύβουν τη φυσική δραστηριότητα που προσπαθούν να μετρήσουν. Αλλά τέτοιες μετρήσεις αποτυγχάνουν να εξηγήσουν την προέλευση του κεραυνού, καθώς δεν έχουν βρει ακόμη πεδία αρκετά ισχυρά για να πυροδοτήσουν κεραυνούς. Θα μπορούσε να είναι ότι οι περιοχές υψηλού πεδίου είναι πολύ εντοπισμένες ή μπορεί να σημαίνει ότι ένας άλλος παράγοντας είναι απαραίτητος για να ξεκινήσει η φωτεινή εκπομπή.

Οι κοσμικές ακτίνες θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους ερευνητές να λύσουν αυτό το παζλ. Όταν οι κοσμικές ακτίνες συντρίβουν σε μόρια στην ατμόσφαιρά μας, οι συγκρούσεις δημιουργούν βροχές υποατομικών σωματιδίων, συμπεριλαμβανομένων ηλεκτρονίων, ποζιτρονίων και άλλων ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων. Καθώς αυτά τα σωματίδια ταξιδεύουν προς το έδαφος, οι τροχιές τους κάμπτονται από το μαγνητικό πεδίο της Γης, με αποτέλεσμα να εκπέμπουν ραδιοκύματα. Οι επιστήμονες παρακολούθησαν αυτά τα μοτίβα ραδιοκυμάτων με το ραδιοτηλεσκόπιο LOFAR στην Ολλανδία και συνέκριναν τις παρατηρήσεις τους με ένα μοντέλο υπολογιστή που προσομοιώνει τα μοτίβα ραδιοκυμάτων που παράγονται από ντους κοσμικών ακτίνων. Το μοντέλο μπόρεσε να αναπαράγει τις περισσότερες από τις ντους που κατέγραψαν οι ερευνητές, αλλά τα πράγματα έγιναν άσχημα όταν ο καιρός άλλαξε προς το χειρότερο.

«Μερικές φορές [το ντους] φαίνεται περίεργο και οι φορές που φαινόταν παράξενο συμπίπτουν με τις στιγμές που υπάρχουν καταιγίδες», λέει ο Pim Schellart, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο Radboud στο Nijmegen, στην Ολλανδία, και ο πρώτος συγγραφέας της νέας μελέτης. Όταν ένα ντους πέρασε μέσα από μια καταιγίδα, ο Schellart και οι συνεργάτες του βρήκαν ένα άτυπο μοτίβο ραδιοκυμάτων, λόγω των ισχυρών ηλεκτρικών πεδίων στην καταιγίδα που κλείνουν φορτισμένα σωματίδια γύρω και αλλάζουν την πόλωση των ραδιοκυμάτων ή τον προσανατολισμό των ηλεκτρομαγνητικών τους ταλαντώσεων. /P>

Προσθέτοντας ηλεκτρικά πεδία στο μοντέλο τους, οι επιστήμονες μπόρεσαν να υπολογίσουν τι είδους πεδία έπρεπε να υπάρχουν στον ουρανό για να αναπαράγουν τα μοτίβα που έβλεπαν στο έδαφος. Για ένα ντους που οι επιστήμονες μελέτησαν λεπτομερώς, διαπίστωσαν ότι η καταιγίδα αποτελείται από δύο στρώματα:ένα μεταξύ 3 και 8 χιλιομέτρων πάνω από το έδαφος, με ηλεκτρικό πεδίο 50.000 βολτ ανά μέτρο και ένα άλλο, ασθενέστερο πεδίο κάτω από αυτό. ώθησαν σωματίδια προς την αντίθετη κατεύθυνση του άνω πεδίου. Αν και αυτά τα αποτελέσματα δεν μπορούν ακόμη να εξηγήσουν πώς οι αστραπές σπινθήρες, η μέτρηση σηματοδοτεί την πρώτη φορά που μια καταιγίδα διερευνήθηκε με κοσμικές ακτίνες - το πρώτο βήμα για τη βελτίωση μιας τεχνικής που θα μπορούσε να βελτιώσει την κατανόηση των επιστημόνων για τις καταιγίδες, η ομάδα θα αναφέρει σε προσεχή χαρτί σε Επιστολές φυσικής ανασκόπησης .

«Το να έχουμε έναν τρόπο μέτρησης από απόσταση των ηλεκτρικών πεδίων στο έδαφος… θα ήταν πολύ χρήσιμο», λέει ο φυσικός κεραυνών Joseph Dwyer από το Πανεπιστήμιο του New Hampshire στο Durham, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα. Για να βελτιώσουμε τις προβλέψεις μας για το πού θα χτυπήσει ο κεραυνός, λέει ο Dwyer, οι επιστήμονες πρέπει πρώτα να κατανοήσουν τα βασικά για το πώς συμβαίνει. Με αυτή τη μέθοδο, λέει, "τελικά μπορεί να είμαστε σε θέση να ... πιάσουμε την αστραπιαία μύηση σε δράση", η οποία θα μπορούσε να βοηθήσει στην αποκάλυψη του μυστηρίου πίσω από τον σχηματισμό της.

Οι επιστήμονες έχουν βρει μερικές πιθανές εξηγήσεις για το πώς πάνε οι κεραυνοί και η νέα τεχνική θα μπορούσε τελικά να διακρίνει μεταξύ των επιλογών. Το ένα είναι ότι κομμάτια πάγου και νερού σε μια καταιγίδα συγκεντρώνουν τα χωράφια, δημιουργώντας μικρές περιοχές που είναι αρκετά δυνατές για να σπινθήξουν. Μια άλλη αμφιλεγόμενη ιδέα είναι ότι οι ίδιες οι κοσμικές ακτίνες μπορεί να πυροδοτήσουν κεραυνούς, χάρη στα φορτισμένα σωματίδια που αφήνουν στο πέρασμά τους. Αλλά δεν υπάρχουν πειστικά στοιχεία για καμία από τις δύο επιλογές. Η νέα μέθοδος θα μπορούσε τελικά να λύσει το ερώτημα, λέει ο Schellart.

Η τεχνική βρίσκεται ακόμα στα αρχικά της στάδια, με λίγες μόνο ντους να έχουν χαρακτηριστεί μέχρι στιγμής, επομένως τα αποτελέσματα δεν αλλάζουν ακόμα τις ιδέες των επιστημόνων για τις καταιγίδες. Αλλά με περισσότερα δεδομένα και βελτιωμένη ανάλυση, θα μπορούσε να είναι ένα ισχυρό εργαλείο. Ωστόσο, λέει ο Dwyer, αυτή είναι η πρώτη φορά που επιδεικνύεται η τεχνική, "οπότε αξίζουν σίγουρα μια πίστωση για αυτό."