Wszyscy dobrze wiedzą, że piorun to  prąd elektryczny – szybki i potężny przepływ ładunku,  między chmurami lub między chmurą a ziemią. Ale o dziwo, naukowcy wciąż nie potrafią w pełni zrozumieć,  jaki rodzaj iskry zapoczątkowuje potężny piorun.

W nowym artykule opublikowanym w Nature Communications, badacze z Langmuira Laboratory i Instytutu Górnictwa i Technologii koło Socorro w Nowym Meksyku, potwierdzili obserwację rzadkiego ale niezwykle potężnego rodzaju święcącego pioruna lub wyładowania. Naukowcy odkryli, że ten potężny rodzaj pioruna jest spowodowany przez nowo poznany rodzaju wyładowania zwany szybkim rozładowaniem (przebiciem) dodatnim, a dane wskazują, że ten sam rodzaj wyłądowań inicjuje większość lub nawet wszystkie błyskawice zazwyczaj widziane podczas burzy. Iskra wyładowania podróżują z ogromnymi prędkościami, które są szybkie, nawet dla błyskawicy około 10 do 100 milionów metrów na sekundę, a wytwarzają fale elektromagnetyczne o częstotliwości radiowej, o mocy dochodzącej do kilku megawatów, co czyni je najsilniejszymi naturalnymi źródłami fal radiowych na Ziemi.

Odkrycie to jest zaskakujące, ponieważ wcześniejsze symulacje wykazały, że rozładowanie pioruna wydaje się być ujemne, co oznacza, że ​​iskra porusza się w górę w kierunku chmury z rejonu naładowanego ujemnie do rejonu naładowanego dodatnio. W wyłądowaniu pozytywnym iskra przesuwa się w dół z rejonu dodatnio naładowanego do naładowanego ujemnie.

– Niemożliwe jest, aby symulować warunki burzy w typowym laboratorium – twierdzi  współautor William Rison w New Mexico z Instytutu Górnictwa – iskry w burzy są długie na setki metrów, jest to skala, która jest o rzędy wielkości większa niż w jakimkolwiek środowisku laboratoryjnym. Teoretycy próbują symulować te warunki w eksperymentach komputerowych, a najbardziej wiarygodne wyniki sugerują, że iskra jest inicjowana przez lawinę relatywistycznych elektronów, które są rodzajem posłańców prowadzących do wyładowania ujemnego. Nasze wyniki jednak jasno pokazują, że inicjacja wyładowania ma charakter dodani a nie ujemny.

Wyniki mogą pomóc naukowcom lepiej zrozumieć, jak chmura może generować pole elektryczne, które jest na tyle silne, aby spowodować piorun. Obecnie największe pole elektryczne, które zostały zmierzone w środku burzy jes kilkakrotnie słabsze niż to, które jest potrzebne, aby przebić warstwę powietrza i zainicjować piorun.

Na ogół, w czasie burzy  dodatnie i ujemne ładunki elektryczne  są oddzielone różnych części chmury. Naładowane rejony chmury są przyczyną błyskawic, które mogą przeskakiwać między dodatnio- i ujemnie naładowanymi częściami chmury, lub w dół, do ziemi, gdzie piorun często uderza w drzewo, słup energetyczny lub inne wysokie obiekty.

W ciągu ostatnich kilku dekad dowiedzieliśmy się w jaki sposób ładunki rozdzielają się w chmurach burzowych. Dane i symulacje wskazują,  gdy małe cząstki gradu i kryształy lodu zderzają się ze sobą w chmurze, to ładują się tak jak pocierany ebonit w szkolnym doświadczeniu. Ładunki roddzielają się, kiedy opadają cięższe cząstki gradu, natomiast lżejsze kryształki lodu są  wynoszone w górę przez prądy powietrzne (konieczne aby powstała burza).

Od 1990 roku, jednym z wiodących propozycji dotyczących powstawania pioruna jest to, że początkowa iskra pochodzi od relatywistycznych elektronów, które z kolei pochodzą albo od wysokoenergetycznych promieni kosmicznych albo powstają w procesie zwanym relatywistyczną lawiną elektronów. Jednak nowe wyniki poddają w wątpliwość te pomysły.

– Jeśli relatywistyczne elektrony inicjujują błyskawice, wówczas wyładowanie będzie odbywać się początkowo w górę w kierunku chmur – wyjaśnia Rison.  – Za pomocą opracowanego niedawno szerokopasmowego interferometru możemy obserwować rozprzestrzenianie się wyłądowania w błyskawicy, okazuje się, że kierunek propagacji wyładowań jest w dół zamiast w górę, pokazując, że jest on spowodowane rozwijającym się w dół szybkim dodatnim wyładowaniem.

 

 

Dodaj komentarz