Η κρυμμένη ζωή των καταιγίδων

Άρθρο, Νοέμβριος 2003

Οι επιστήμονες στέλνουν τηλεκατευθυνόμενα αεροσκάφη μέσα στις ηλεκτρικές καταιγίδες για να μάθουν περισσότερα για τις μυστήριες εσωτερικές διαδικασίες τους.

Στις καταιγίδες θα συναντήσουμε περισσότερα φαινόμενα από όσο βλέπουμε με μια πρώτη ματιά. Θα βλέπαμε έτσι αόρατα μαγνητικά πεδία αλλά και ηλεκτρικά πεδία.

Τα νέφη της καταιγίδας περιβάλλονται πλήρως από τεράστια μαγνητικά και ηλεκτρικά πεδία, που σχηματίζουν μια αψίδα πολύ ψηλά πάνω από τα καταιγιδοφόρα νέφη στο πάνω μέρος της ατμόσφαιρας.

Ανωτέρω: Οι καταιγίδες συμπεριφέρονται επίσης σαν τεράστια ηλεκτρικά δυναμό.

Οι επιστήμονες από καιρό είχαν υποθέσει ότι αυτή η συνήθως κρυμμένη πλευρά των έντονων καταιγίδων παίζει το ρόλο της ηλεκτρικής "αντλίας", που διατηρεί μια τεράστια διαφορά δυναμικού μεταξύ της γήινης επιφάνειας και του ανώτερου στρώματος της ατμόσφαιρας δηλαδή της ιονόσφαιρας, της τάξης των 150.000 έως 600.000 Volt. Κι' αυτό επιτυγχάνεται με τη μεταφορά ηλεκτρικών φορτίων μεταξύ τους. Αλλά μέσα σε 15 λεπτά αυτή η διαφορά δυναμικού μπορεί να μηδενιστεί με την εκφόρτιση.

Όμως, αυτό δεν συμβαίνει. Γιατί υπάρχει αυτή η φυσική αντλία, της καταιγίδας. Οι επιστήμονες μελετούν λοιπόν το ρόλο των αστραπών στο φαινόμενο αυτό. Σε όλη τη Γη πέφτουν περίπου 15 αστραπές το κάθε δευτερόλεπτο, με τις οποίες μεταφέρονται ηλεκτρικά φορτία. Αλλά οι αστραπές, σύμφωνα με τους υπολογισμούς δεν μεταφέρουν αρκετό ηλεκτρικό ρεύμα για να διατηρήσουν αυτή την τεράστια διαφορά στα ηλεκτρικά φορτία που βλέπουμε. Άρα κάτι άλλο πρέπει να συμβαίνει.

Πρέπει λοιπόν να υπάρχουν κι άλλες πηγές ηλεκτρικών φορτίων εκτός από την αστραπή, λένε οι ειδικοί επιστήμονες πάνω στο κλίμα της της NASA.

Κι  όπως εξηγούν η γη και η ατμόσφαιρά της είναι όπως ένα γιγαντιαίο ηλεκτρικό κύκλωμα. Όταν ο καιρός είναι καλός, η διαφορά στα φορτία μεταξύ της ιονόσφαιρας και του εδάφους δημιουργούν έναν σταθερό μικρό αριθμό ρευμάτων από την ατμόσφαιρα στο έδαφος, παρά το γεγονός ότι ο αέρας είναι ένας κακός αγωγός της ηλεκτρικής ενέργειας.

Έτσι, πιστεύουν, ότι κάτι άλλο πρέπει να καθοδηγεί το ρεύμα των φορτίων από τη Γη προς τα πίσω, στο πάνω μέρος της ατμόσφαιρας, για να κάνει βρόχο και να διατηρήσει τη διαφορά δυναμικού του κυκλώματος.

Κι αυτό είναι οι έντονες καταιγίδες. Οι δύο ροές των φορτίων πρέπει να είναι ίσες, αλλά μέχρι τώρα ακόμα δεν έχουμε βρει το πως ακριβώς εξισορροπούνται τα φορτία.

Ανωτέρω: Η γήινη επιφάνεια και η ιονόσφαιρα σχηματίζουν ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Οι καταιγίδες βοηθούν στο να κρατηθεί σταθερή η ροή των φορτίων.

Για να δουν με ποιο τρόπο συμπεριφέρονται οι καταιγίδες οι επιστήμονες της NASA χρησιμοποίησαν έναν νέο τρόπο παρατήρησης τους. Πέταξαν μια νέα βελτιωμένη μορφή του Predator, ένα τηλεκατευθυνόμενο όχημα, που μάλιστα χρησιμοποιήθηκε και στον πρόσφατο πόλεμο του Ιράκ.

Η νέα μορφή του Predator, που πετάει σε μεγάλα ύψη, λέγεται Altus ΙΙ και μπορεί να μετρήσει τα αόρατα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία που περιτυλίγουν τη θύελλα. Καθώς το Altus ΙΙ πετά πάνω από τα καταιγιδοφόρα νέφη, περνά μέσω αυτών των πεδίων, μετρώντας την ισχύ και την κατεύθυνση των πεδίων στα σημεία από τα οποία περνάει, κατά μήκος της πορείας της πτήσης του.

Οι μετρήσεις του Predator αν συνδυαστούν με οπτικές μετρήσεις των λάμψεων των αστραπών, τότε δίνουν μια πληρέστερη εικόνα του τι κρύβεται στην ηλεκτρική δομή των καταιγίδων.

Μπορεί σε κάθε καταιγίδα να υπάρχει μια μικρή ροή του ρεύματος  αλλά εάν υπολογίσουμε όλα τα ρεύματα σε όλα τα νέφη πάνω από τη Γη, μπορεί να υπάρχει τελικά ισοζύγιο της ηλεκτρικής ενέργειας της ατμόσφαιρας, λένε οι ειδικοί της NASA, όπως είναι ο Richard Blakeslee του Κέντρου Διαστημικών Πτήσεων Marshal.

Αλλά από πού όμως προέρχεται αυτό το ρεύμα;

Ο Blakeslee σκέφτεται ότι όταν τα ηλεκτρικά πεδία της θύελλας γίνονται αρκετά ισχυρά, η γήινη επιφάνεια κάτω από τη θύελλα φορτίζεται. Η χλόη, τα δέντρα, οι άνθρωποι και τα υπόλοιπα πάνω της φορτίζονται και το φορτίο τους ρέει επάνω προς την ατμόσφαιρα. Μερικές φορές αυτό φαίνεται αλλά γενικά δεν το βλέπουμε, αλλά αυτό συμβαίνει όλη την ώρα κάτω από τις θύελλες.

Αλλά συνεχίζεται η έρευνα για να διαπιστώσουμε πόσο ρεύμα λείπει. Η ομάδα του Blakeslee επεξεργάζεται ακόμα τα στοιχεία που συγκέντρωσαν, και ελπίζουν να δημοσιεύσουν κάποια από τα αποτελέσματά τους στους επόμενους μήνες. Αλλά η έρευνά τους έχει δείξει  ήδη την χρησιμότητα αυτών των τηλεκατευθυνόμενων αεροσκαφών, λόγω των συνεχών και πιο μακροχρόνιων παρατηρήσεων που κάνουν.

Τα αεροπλάνα αυτά πετούν πολύ πιο αργά από τα κανονικά αεροπλάνα (250 km/h έναντι 800 km/h) και μπορούν να  κάνουν μανούβρες και περιστροφές πολύ πιο γρήγορα. Έτσι ενώ ένα επανδρωμένο αεροπλάνο θα ανυψωνόταν αμέσως κατακόρυφα πάνω από μια θύελλα και θα ήθελε έπειτα πολύ χρόνο για να γυρίσει πίσω, για ένα άλλο πέρασμα μέσα στην περιοχή παρατήρησης, το μη επανδρωμένο αεροπλάνο μπορεί απλά να κάνει ένα αργό σχήμα 'οχτάρι' πάνω από τη θύελλα για ώρες, συγκεντρώνοντας έτσι στοιχεία συνεχώς.

Αριστερό: Μερικά από τα σχέδια πτήσης που χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια των παρατηρήσεων της θύελλας.

Οι γεωσύγχρονοι δορυφόροι μπορούν επίσης να παρέχουν μια συνεχή άποψη των θυελλών, αλλά αυτά τα μικρά τηλεχειριζόμενα αεροπλάνα προσφέρουν κάποια σοβαρά πλεονεκτήματα.

Πετούν στη μέση των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων. Επειδή είναι έτσι κοντά στη θύελλα μπορούν να πάρουν πολύ μικρά οπτικά σήματα, που οι απόμακροι δορυφόροι θα έχαναν.

Έτσι θα συνεχίσουν να χρησιμοποιούνται στο μέλλον γιατί μπορούν συνεχώς να παρατηρήσουν τις θύελλες και να έχουν μια καθαρή εικόνα της κρυμμένης ηλεκτρικής δραστηριότητας των καταιγίδων.

Αναφορά: NASA