Naukowcy rozszyfrowali tajemnicę powstawania piorunów w chmurach

Ponad 270 lat po tym, jak Benjamin Franklin odkrył związek między piorunami i elektrycznością, największa zagadka dotycząca powstawania piorunów w burzach została wreszcie rozwiązana.

Błyskawice mogą nie pochodzić z tego, co kiedyś myśleliśmy – Zdjęcie: AI

Przełomowe odkrycie w dziedzinie fizyki atmosfery sugeruje, że pioruny nie są jedynie wynikiem zwykłych burz. W atmosferze może zachodzić potężna reakcja łańcuchowa, podobna do efektu „maszyny do gry w pinball”, która może być kluczem do wywoływania piorunów.

Choć pioruny są zjawiskiem powszechnie znanym i mogą ogrzać powietrze do temperatury nawet 27 000 stopni Celsjusza, czyli pięć razy wyższej niż temperatura powierzchni Słońca, naukowcy nie poznali jeszcze w pełni procesu ich powstawania w chmurach.

W nowej publikacji w czasopiśmie American Geophysical Union międzynarodowy zespół badawczy pod kierownictwem profesora Victora Pasko i doktoranta Zaida Perveza (Penn State University, USA) po raz pierwszy przedstawił dokładne i ilościowe wyjaśnienie tego zjawiska.

„Nasze odkrycie dostarcza pierwszego jasnego, mierzalnego wyjaśnienia, jak powstają pioruny w naturze” – powiedział Pasko. „Łączy ono elementy promieniowania rentgenowskiego i pola elektrycznego z fizyką »lawin elektronowych«”.

Według zespołu badawczego, proces inicjacji pioruna przypomina niewidzialny automat do gry w pinball wewnątrz chmury burzowej. Dokładniej, niezwykle silne pola elektryczne w chmurze burzowej przyspieszają swobodne elektrony, powodując ich gwałtowne zderzenia z cząsteczkami gazów, takimi jak azot i tlen.

Zderzenia te wytwarzają promieniowanie rentgenowskie i fotony o wysokiej energii, które są podstawowymi składnikami światła. Fotony te następnie uwalniają nowe elektrony poprzez efekt fotoelektryczny, tworząc reakcję łańcuchową znaną jako „relatywistyczna lawina elektronów”.

Gdy proces ten osiągnie pewien poziom, powstaje błyskawica.

Zespół badawczy nie ograniczył się do wyjaśnienia zwykłych piorunów, ale poszerzył także wiedzę na temat bardziej nieuchwytnego zjawiska: „czarnej błyskawicy”, czyli ziemskiego błysku gamma.

Są to wysokoenergetyczne rozbłyski rentgenowskie, którym nie towarzyszą fale świetlne ani radiowe, co sprawia, że ​​są niemal „niewidoczne” gołym okiem i dla radarów pogodowych.

Na podstawie szczegółowych symulacji fizycznych zespół sugeruje, że w odpowiednich warunkach wysokoenergetyczne promieniowanie rentgenowskie wytwarzane przez lawiny elektronów może nadal wytwarzać nowe elektrony poprzez efekt fotoelektryczny w powietrzu. Proces ten zachodzi bardzo szybko, tworząc silną, samowzmacniającą się reakcję łańcuchową, ale nie emituje wyraźnego światła ani wyraźnego sygnału radiowego.

Wyjaśnia to zjawisko, które od lat stanowi zagadkę dla naukowców: dlaczego niektóre obszary chmur, mimo że wydają się bardzo ciemne i spokojne, mogą emitować wysokoenergetyczne promienie gamma.

Odkrycie to nie tylko rozwiązuje jedną z najstarszych zagadek meteorologii, ale także otwiera drzwi ważnym zastosowaniom: dokładniejszym ostrzeżeniom przed wyładowaniami atmosferycznymi w przyszłości, lepszemu zrozumieniu wpływu wyładowań atmosferycznych na samoloty i satelity oraz dalszemu udoskonaleniu modeli prognozowania ekstremalnych zjawisk pogodowych w obliczu zmian klimatycznych.

Powrót do tematu

MINH HAI

Source: https://tuoitre.vn/cac-nha-khoa-hoc-giai-ma-bi-an-set-hinh-thanh-tu-may-20250730165942529.htm