Ko je Benjamin Franklin privezal ključ do zmaja in ga zaletel v nevihto, je na kratko postal aparat, priključen v najmočnejši generator energije na Zemlji.
Franklin je vedel, kot večina ljudi, da so nevihte neznansko močne. Raziskovalci so poskušali natančno oceniti kako močna že več kot stoletje, vendar se vedno pojavijo kratko - tudi najbolj izpopolnjeni senzorji v zraku so neprimerni, ker so gromozanske mete preprosto prevelike in jih ni mogoče predvideti.
Zdaj so v prispevku, objavljenem 15. marca v reviji Physical Review Letters, raziskovalci iz Ootyja v Indiji našli nov pretresljiv odgovor - zahvaljujoč se malo pomoči nekaterih kozmičnih žarkov.
Z vrsto senzorjev, ki so namenjeni merjenju električnih polj in intenzivnosti mionov - težkih delcev, ki nenehno dežujejo od Zemljine zgornje atmosfere in propadajo, ko prehajajo skozi materijo - je ekipa izmerila napetost velikega grmenja, ki se je 18 minut valjal nad Ootyjem 1. decembra 2014. Raziskovalci so ugotovili, da je bil oblak v povprečju napolnjen z okoli 1,3 gigavolta električne energije, kar je 1,3 krat 10 ^ 9 voltov - približno 10 milijonov krat več napetosti, kot jo napaja tipična vtičnica v Severna Amerika.
"To pojasnjuje, zakaj so grmenje tako uničevalne," je za Live Science povedala soavtorica študije Sunil Gupta, raziskovalka kozmičnih žarkov z indijskega inštituta za temeljne raziskave Tata. "Če to množično količino energije razpršite skozi karkoli, bo to povzročilo hudo opustošenje."
Dežujejo muoni
Gupta in njegovi sodelavci preučujejo predvsem mione - elektronskim podobnim delcem, ki nastanejo, ko se kozmični žarki udarijo v različne atome v Zemljini atmosferi. Ti delci imajo približno polovico vrtenja elektronov, vendar 200-krat večjo od teže, in so zelo dobri pri prodoru snovi. Muon, ki pada iz ozračja, lahko potuje globoko v ocean ali milj pod zemljo v samo delčku sekunde, če ima dovolj energije.
Muoni izgubijo energijo, ko se jim kaj zapre - recimo piramida, na primer. V začetku leta 2018 so znanstveniki odkrili dve doslej neznani komori v Veliki piramidi v Gizi, tako da so okoli strukture postavili muonske detektorje in izmerili, kje so delci izgubili (in niso izgubili) energije. Muoni, ki gredo skozi kamnite stene piramide, so izgubili več energije kot munji, ki so se podali skozi velike prazne komore. Rezultati so raziskovalcem omogočili, da so ustvarili nov zemljevid notranjosti piramide, ne da bi se postavili v notranjost.
Gupta in njegovi sodelavci so uporabili podobno metodo za preslikavo energije znotraj Ootyjevega grmenja. Namesto da bi se prepirali s kamnom, pa so se muoni, ki padejo skozi oblak, spopadli z močnim električnim poljem.
"Nevihte imajo na vrhu pozitivno nabito plast, na dnu pa negativno nabito plast," je dejal Gupta. "Če pozitivno nabit muon zadene oblak, ko dežuje iz zgornje atmosfere, se bo odbil in izgubil energijo."
S pomočjo niza senzorjev za zaznavanje mun in štirimi električnimi monitorji polja, razporejenimi na več kilometrov, so raziskovalci izmerili povprečni padec energije med muoni, ki so šli skozi grmenje, in tistimi, ki niso šli skozi njega. Iz te izgube energije je ekipa lahko izračunala, koliko električnega potenciala so delci prešli v gromozanskem oblaku.
Bilo je množično.
"Znanstveniki so ocenili, da bi lahko imeli grmenje v dvajsetih letih prejšnjega stoletja gigavoltni potencial," vendar to ni bilo nikoli dokazano - do zdaj. "
Kartiranje groma
Ko so raziskovalci spoznali električni potencial oblaka, so želeli stopiti korak dlje in natančno izmeriti, koliko moči nosi grom, ko se je vrtel nad Ootyjem.
Z uporabo podatkov s svojih široko razpršenih monitorjev električnega polja je ekipa zapolnila nekaj pomembnih podrobnosti o oblaku - to je potovanje s približno 40 km / h (60 km / h) na nadmorski višini 7 milj, Ocenjena površina je znašala 146 kvadratnih kilometrov (380 kvadratnih kilometrov, približno šestkrat večje od Manhattna), svoj največji električni potencial pa je dosegla le 6 minut po tem, ko se je pojavila.
Oboroženi s tem znanjem so raziskovalci končno lahko izračunali, da nevihta nosi približno 2 gigavatne moči, zaradi česar je ta en oblak močnejši od najmočnejših jedrskih elektrarn na svetu, je dejal Gupta.
"Količina energije, ki je shranjena tukaj, je dovolj, da lahko 26 minut oskrbimo vse potrebe po mestu, kot je New York City," je dejal Gupta. "Če bi ga lahko izkoristili. "
Glede na trenutno tehnologijo to ni verjetno, je poudaril Gupta: Količina neurja, ki jo razblini takšna nevihta, je tako velika, da bi verjetno raztopila kateri koli prevodnik.
Kljub temu bi nasilno močan potencial neviht lahko pomagal rešiti kozmično skrivnost, o kateri se že desetletja sprašujejo znanstveniki, kot sta Gupta in njegovi sodelavci: Zakaj sateliti včasih zaznajo visokoenergijske gama žarke, ki eksplodirajo iz Zemljine atmosfere, ko bi morali padati iz vesolja ?
Po besedah Gupte bi lahko, če lahko nevihte ustvarijo električni potencial, večji od enega gigavolta, prav tako lahko pospešujejo elektrone dovolj hitro, da razbijejo druge atome v atmosferi, kar povzroči utripanje gama žarkov.
Ta razlaga zahteva več raziskav, da se preveri njegova natančnost, je dejal Gupta. Medtem se prepričajte, da se čudite naslednjem grmenju, ki ga vidite, saj gre za neznansko mogočno silo narave - in prosim, dvakrat premislite, preden poletite kitu.
