Περιβάλλον Ζωή και Γη

Οι κοσμικές ακτίνες παίζουν ρόλο στην εμφάνιση των κεραυνών

Είναι ένα φαινόμενο που προβληματίζει τους ανθρώπους για χιλιάδες χρόνια και οδήγησε τον Βενιαμίν Φραγκλίνο να ρισκάρει τη ζωή του πετώντας έναν χαρταετό προς αναζήτηση απαντήσεων. Τώρα, τρεις ερευνητές στην Αμερική μπορεί να έχουν τελικά βρει τον τρόπο για να λύσουν το μυστήριο του πώς οι καταιγίδες δημιουργούν τους κεραυνούς.

Share

Είναι ένα φαινόμενο που προβληματίζει τους ανθρώπους για χιλιάδες χρόνια και οδήγησε τον Βενιαμίν Φραγκλίνο να ρισκάρει τη ζωή του πετώντας έναν χαρταετό προς αναζήτηση απαντήσεων. Τώρα, τρεις ερευνητές στην Αμερική μπορεί να έχουν τελικά βρει τον τρόπο για να λύσουν το μυστήριο της δημιουργίας των κεραυνών από τις καταιγίδες. Η λύση, σύμφωνα με τον Joseph Dwyer (Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Φλόριδας), έγκειται στην αστείρευτη βροχή των κοσμικών ακτίνων που χτυπούν την ατμόσφαιρα της Γης.

Μελετώντας την πορεία των κοσμικών ακτίνων, μέσω των φαινομένων τους πάνω στην ατμόσφαιρα της Γης, ο Joseph Dwyer κατάφερε να εξηγήσει τον τρόπο με τον οποίο αρχίζει ο κεραυνός κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας.

Οι περισσότεροι επιστήμονες πιστεύουν ότι ο κεραυνός προέρχεται από τοπικούς θύλακες πυκνών ηλεκτρικών πεδίων μέσα σε ισχυρές καταιγίδες. Ωστόσο, οι περιοχές αυτές είναι πολύ μικρές για να ανιχνευθούν εύκολα από τα αερόστατα και τα αεροσκάφη, και έτσι η ίδια η πράξη της μέτρησης των πεδίων μπορεί να δημιουργήσει αστραπές και να στρεβλώσει τα αποτελέσματα. Σήμερα, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι το τυπικό ηλεκτρικό πεδίο που απαιτείται στο επίπεδο της θάλασσας για να προκαλέσει  ένα σπινθήρα είναι περίπου 3 MV / m, αλλά κανείς δεν έχει ακόμη μετρήσει το ηλεκτρικό πεδίο μέσα σε ένα καταιγιδοφόρο νέφος, γι αυτό και η τιμή του είναι ακόμη κατά προσέγγιση.

Ο Dwyer προσφέρει μια λύση που θα επέτρεπε στους επιστήμονες να μελετήσουν την δράση μέσα στα καταιγιδοφόρα νέφη από το έδαφος. Καθώς οι πίδακες των κοσμικών ακτίνων  – πρωτόνια με μεγάλη ενέργεια που προέρχονται από το από διάστημα – διέρχονται από τα καταιγιδοφόρα νέφη, παράγουν μεγάλο αριθμό ηλεκτρονίων από την ελαστική σκέδαση τους με τον αέρα. Αυτά τα ηλεκτρόνια κερδίζουν ενέργεια από τα ηλεκτρικά πεδία του νέφους σε ένα υψηλότερο ρυθμό από ό,τι χάνουν μέσω του ιονισμού και αυτό οδηγεί σε μια "ανεξέλεγκτη λειτουργία" των ηλεκτρονίων.

Αποτελέσματα καταιγίδας

Καθώς αυτά τα ανεξέλεγκτα ηλεκτρόνια διαδίδονται στο ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο, παράγουν επιπλέον ηλεκτρόνια μέσω της σκέδασης τους με τον αέρα. Μια συνέπεια αυτής της αυξανόμενης "χιονοστιβάδας" των επιταχυνόμενων ηλεκτρονίων είναι η εκπομπή ραδιοκυμάτων, που μπορούν να ανιχνευθούν από το έδαφος. Γι αυτό και ο Dwyer προτείνει να αναλύσουμε  αυτά τα ραδιοκύματα για να ανακαλύψουμε  πληροφορίες σχετικά με την περιοχή προέλευσης τους.

Άλλοι ερευνητές εξέφρασαν την ικανοποίησή τους για τη νέα προσέγγιση. "Η λεπτομερής μέτρηση των μορφών των ραδιοπαλμών που βρίσκονται κοντά σε καταιγιδοφόρα νέφη είναι σίγουρα μια ενδιαφέρουσα ιδέα, παρά τις τεχνικές δυσκολίες που θα συναντήσουν οι πειραματιστές κατά τη διάρκεια αυτής της μέτρησης," λέει ο Nikolai Lehtinen (Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ στην Καλιφόρνια).

Ο Dwyer τονίζει ότι η ομάδα του τώρα πρόκειται να δοκιμάσει τη θεωρία τους. Θα ανακατασκευάσουν τα  ηλεκτρικά πεδία κατά μήκος των διαδρομών των κοσμικών ακτίνων, σε μια προσπάθεια να εντοπιστούν οι περιοχές εκείνες με πολύ υψηλό ηλεκτρικό που γεννούν τους κεραυνούς. Για τη μέτρηση των ραδιοφωνικών παλμών αλλά και των ηλεκτρονίων, οι επιστήμονες θα χρησιμοποιούν κατάλληλους ανιχνευτές, που περιέχουν σωματίδια συν μια μεγάλη επίπεδη οριζόντια κεραία στο έδαφος.

"Είναι εκπληκτικό ότι το 2009 παλεύουμε ακόμη να κατανοήσουμε ένα θέμα που πρωτοστάτησε ο Benjamin Franklin, σε μια εποχή που οι ΗΠΑ ήταν ακόμη βρετανική αποικία.", λέει ο ο Dwyer. 

Πηγή: Physics World

Διαβάστε και τα σχετικά άρθρα

1. Ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός

2. Η κρυμμένη ζωή των καταιγίδων

3. Μαθαίνοντας από την αστραπή

———————————————————————————————————————————————-

Αστραπές και κεραυνοί

Κάθε ηλεκτρική εκκένωση που σημειώνεται στην ατμόσφαιρα ονομάζεται κεραυνός. Οι κεραυνοί συνοδεύονται από φωτεινά φαινόμενα, τις αστραπές, και από ηχητικά φαινόμενα, τις βροντές. Οι κεραυνοί δημιουργούνται συνήθως στα σύννεφα τύπου σωρειτομελανία (cumulonibus), χωρίς να αποκλείεται η εμφάνιση τους σε σύννεφα τύπου μελανόστρωμα (nimbostratus), σε χιονοθύελλες, σε κονιορτοθύελλες και, μερικές φορές
, στα αέρια που συνοδεύουν την έκρηξη ενός ενεργού ηφαιστείου.

Αριστερά: Εδώ φαίνεται η μορφή της αστραπής μεταξύ 2 νεφών και ο κεραυνός μεταξύ νεφών και Γης (Η δεύτερη μορφή είναι στο κατώτερο κεντρικό σημείο της εικόνας)

Δημιουργείται μεταξύ νέφους και εδάφους ή μεταξύ νεφών ή μέσα στο ίδιο το νέφος, συνοδεύεται δε από ένα φωτεινό φαινόμενο, την αστραπή, και ένα ηχητικό, τη βροντή. Ο όρος κεραυνός επικράτησε να αναφέρεται κυρίως στο σπινθήρα μεταξύ νέφους και εδάφους, ενώ οι άλλες δύο περιπτώσεις χαρακτηρίζονται με τον όρο αστραπή, αν και πρόκειται για το ίδιο ακριβώς φαινόμενο ηλεκτρικής αγωγιμότητας αερίου.

Οφείλονται στη συσσώρευση, σε ξεχωριστές περιοχές, αμιγών θετικών και αρνητικών ηλεκτρικών φορτίων. Ο διαχωρισμός αυτός των ηλεκτρικών φορτίων δημιουργεί μια διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού. Όταν αυτή η διαφορά δυναμικού ξεπεράσει τη διηλεκτρική αντοχή του αέρα, ξεσπά ο κεραυνός.

About the author

physics4u

Leave a Comment

Share