Dlaczego błyskawica uderza w jednym punkcie kilka razy: nowe odkrycie

Międzynarodowy zespół fizyków wyśledził bezprecedensowo czyste promieniowanie fal radiowych wytwarzane przez błyskawice. To pozwoliło im dokładnie określić, w jaki sposób powstają naładowane kieszenie powietrzne, przez które przechodzą wyładowania. Korzystając z radioteleskopu LOFAR, naukowcy zebrali dane, które można wykorzystać do śledzenia uderzeń pioruna w nanosekundy na obszarze kilku tysięcy kilometrów kwadratowych.

Według fizyka Briana Hare'a z Uniwersytetu w Groningen w Holandii dane te są przede wszystkim cenne, ponieważ pozwalają naukowcom przyjrzeć się pierwotnym procesom powstawania błyskawic. Ponadto zastosowanie teleskopu radiowego pozwala bezpośrednio „spojrzeć” w chmury burzowe, w których większość ładunku ulega kondensacji.

Pomimo imponującego błysku i grzmotu, błyskawica jest powszechnym wyładowaniem elektrycznym spowodowanym różnicą ładunków dodatnich i ujemnych. To, co postrzegamy jako łuk zygzakowaty, jest wynikiem złożonego procesu, którego subtelności, o których do tej pory nie było tak wiele znanych. Pierwszym etapem jest utworzenie małej kieszeni plazmowej, czyli nagromadzenie ogrzanego gazu składającego się z naładowanych cząstek. To „ziarno burzy” rozgałęzia się w różnych kierunkach z dużą prędkością, a kilka takich kieszeni może tworzyć długi (do kilku kilometrów) kanał, przez który rozprzestrzenia się ładunek.

Końce tego kanału nazywane są „liderami” i mogą być naliczane dodatnio lub ujemnie. W zależności od ładunku i wielu czynników atmosferycznych każdy z nich porusza się po swoim własnym, niepowtarzalnym torze. Negatywni liderzy zwykle poruszają się z przerwami (wykonując tak zwane „kroki”), zawsze wytwarzając sygnał radiowy wysokiej częstotliwości. Pozytywni liderzy nie mają jednego modelu ruchu, więc tworzą własny chaotyczny wzór w spektrum fal radiowych.

Te kontrastujące sygnały dają badaczom pojęcie dokładnie, w jaki sposób generowana jest błyskawica - od wzrostu kanału plazmy do błysku światła na końcu. W przeszłości dokonano ciekawej obserwacji: okazało się, że dodatnio naładowani liderzy mogą oddzielić się od swojego kanału plazmowego. Nikt nie wiedział, dlaczego tak się dzieje, a jedynie ogromna liczba anten składających się na LOFAR dostarczyła naukowcom niezbędnych informacji.

Okazało się, że przez cały czas fizycy mylili się w swoich osądach. Jeśli wcześniej uważano, że ładunek przemieszcza się przez kanały plazmowe bezpośrednio z jednej części chmury do drugiej lub w kierunku Ziemi, teraz liczby wskazują na odwrót. Kiedy przywódcy znajdują się w obszarze o wystarczającej różnicy napięcia, elektrony przechodzą przez plazmę i „piec” powietrze do temperatur przekraczających ciepło na powierzchni Słońca. W rezultacie część ładunku resztkowego „przenika” przez szczeliny w głównym kanale i rozprzestrzenia się wokół niego przez cienkie kanaliki boczne, które są nazywane „igłami”.

Długość takiej „igły” może osiągnąć 100 metrów, a szerokość 5 metrów, ale istnieją one tak krótko, że niektóre systemy po prostu ich nie wykrywają. Jeśli jednak różnica napięć w chmurze ponownie wzrośnie do pożądanego poziomu w dość krótkim czasie, wyładowanie będzie przechodzić przez igły raz za razem. To wyjaśnia, dlaczego błyskawice generowane w jednej strefie chmury burzowej często uderzają w to samo miejsce, czasem nawet kilkadziesiąt razy.

Zalecane

Chirurdzy uczą się, jak naprawiać narządy do przeszczepu: zbawienie dla milionów
2019
Statek kosmiczny Sojuz MS-14 nie mógł zadokować z ISS
2019
Jak zrobić lutownicę z ołówka i baterii
2019