Μαθαίνοντας από την αστραπή

Από σελίδα της NASA 17 Δεκεμβρίου 2000

Σιγά-σιγά, οι αισθητήρες των οργάνων για τις αστραπές στο διάστημα αποκαλύπτουν τις εσωτερικές διεργασίες που γίνονται στις θύελλες. Οι επιστήμονες ελπίζουν να χρησιμοποιήσουν αυτή την τεχνική για να βελτιώσουν τις προβλέψεις τους για τον θυελλώδη καιρό.
Δεξιά: Μια θεαματική φωτογραφία της αστραπής που αποφορτίζεταιι κοντά στο παρατηρητήριο Kitt στο Tucson, της Αριζόνας. H εικόνα προέρχεται από τον NOAO (National Optical Astronomy Observatory).

Για τους περισσότερους ανθρώπους που παρατηρούν μιά θύελλα με κεραυνούς που αστράφτουν, τα φωτεινά νήματα της αστραπής είναι απλώς ραβδώσεις άσπρου φωτός που κάνουν τη νύχτα να φέγγει, που φωνάζουν μέ το κροτάλισμα τους και βουίζουν με τη βροντή.
Αλλά αυτές οι λαμπρές λάμψεις της αστραπής -- ηλεκτρικές αποφορτίσεις μεταξύ των θετικών και αρνητικών περιοχών των κεραυνών -- επίσης φωτίζουν και τις διεργασίες που γίνονται στην ατμόσφαιρα, παρέχοντας έτσι πληροφορίες στους επιστήμονες για τις θύελλες. Οι πληροφορίες αυτές όμως μπορούν να βελτιώσουν τις προσπάθειες απόκρισης σε γεγονότα έκτακτης ανάγκης, σώζοντας με αυτό το τρόπο χρήματα και ζωές.

Για να εκμεταλλευτεί αυτές τις πληροφορίες, η NASA χρησιμοποιεί έναν στόλο επίγειων, διαστημικών και αερομεταφερόμενων αισθητήρων με σκοπό να ανιχνεύσουν τις αστραπές και να χαρακτηρίσει έτσι την ηλεκτρική συμπεριφορά των θυελλών -- δηλαδή χρησιμοποίηση όλων των μέσων για την πρόοδο της κλιματολογίας.

Η ακριβέστερη και έγκαιρη πρόβλεψη, θα βοηθούσε τα μέτρα εκκένωσης ορισμένων περιοχών, τις διαδρομές που σχεδιάζονται στην πολιτική αεροπορία για τα αεροπλάνα και θα παρείχε την καλύτερη καταδίωξη θύελλας, θα απέτρεπε τις καταστροφές συστημάτων και θα ελαχιστοποιούσε τους κινδύνους στις ενάρξεις των πτήσεων των διαστημικών σκαφών της NASA. Ένα άλλο πιθανό όφελος θα είναι να παρέχει τους αλγορίθμους εκείνους για την πιθανότητα δασικών πυρκαγιών εξ'αιτίας των κεραυνών.

"Τα κέρδη που θα έχουμε πραγματικά μεταφράζονται σε κόστος και σε οφέλη ζωής," λέει ο Δρ Dennis Boccippio, ένας ατμοσφαιρικός επιστήμονας στο κέντρο Marshall της  NASA της Alabamα.

Οι τρέχουσες επίγειες παρατηρήσεις απαιτούν περίπου πέντε λεπτά γιά να ανιχνεύσουν μια θύελλα και να κάνουν μια έκθεση των χαρακτηριστικών της. Αλλά, λέει ο Boccippio, "υπάρχει ένα πλήθος εξελίξεων που μπορεί να συνεχιστεί σε μια θύελλα μέσα σε αυτά τα πέντε λεπτά."  Και οι υπέρυθρες δορυφορικές παρατηρήσεις -- από τις οποίες παίρνουμε εκείνες τις διάσημες εκθέσεις τυφώνων που κυριαρχούν στα δελτία ειδήσεων της TV προς το τέλος του καλοκαιριού και του πρώιμου φθινοπώρου -- μπορεί να πάρουν 20 έως 30 λεπτά για να ανιχνεύσουν το τμήμα της Γης που είναι ορατό στο δορυφόρο. Όπως ο Boccippio λέει, και όπως πολλά θύματα θύελλας πιθανώς να συμφωνούν , "Πληρώνεται αυτή η καθυστέρηση". Αν ο ρυθμός ανανέωσης της ενημέρωσης των λάμψεων των αστραπών ελαττωθεί στο ένα λεπτό θα ωφελούσε την προσπάθεια για σύγχρονη ενημέρωση, σύμφωνα με τον Boccippio.

Για αυτόν τον λόγο, ένας συλλογικός στόχος των ερευνητών κάτω από την καθοδήγηση του Δρ Hugh Christian της NASA και το Global Hydrology and Climate Center (GHCC) Huntsville της Alabama, τοποθετείται  ένας αισθητήρας αστραπής (διαστημικό παρατηρητήριο) σε γεωστατική τροχιά έτσι ώστε οι επιστήμονες να μπορούν να ελέγξουν τις θύελλες σε ολόκληρο τον κύκλο της ζωής τους. Αυτός ο αισθητήρας, LMS, "θα περιστρεφόταν ουσιαστικά με τη γη, δίνοντας του μια σταθερή άποψη των θυελλών." λέει o Boccippio.

"Ο στόχος των εφαρμογών," λέει ο Boccippio,"είναι να βελτιώσει τον πραγματικό χρόνο προβλέποντας... Είναι οι γρήγορες αναπροσαρμογές που οι ειδικοί στις προβλέψεις περιμένουν με αγωνία."

Η μέτρηση της αστραπής από το διάστημα είναι σχετικά απλή και ανέξοδη. Οι δορυφόροι έχουν κάποια φανταχτερή οπτική, αλλά ο Boccippio λέει πως είναι οι φημισμένες ψηφιακές τηλεοπτικές μηχανές ουσιαστικά, που κάνουν τη διαφορά.

Ένα από τα μοναδικά χαρακτηριστικά τους είναι η δυνατότητα να ανιχνευθεί η αστραπή κατά τη διάρκεια της ημέρας όταν δεν μπορεί να την αισθανθεί το ανθρώπινο μάτι. Επιπλέον, λόγω της φύσης της σαν "παλμικό γεγονότος", τα σύνολα στοιχείων είναι σχετικά μικρά στο μέγεθος. Η υπόσχεση είναι ότι τα στοιχεία θα είναι ευκολότερα να εξεταστούν και να διανεμηθούν στους χρήστες.

Αριστερά: Ενας άλλος δορυφόρος είναι ο TRMM της NASA που πετάει πάνω από τους τροπικούς κύκλους, παίρνοντας μετρήσεις των βροχοπτώσεων και της αστραπής. Περισσότερες πληροφορίες για το δορυφόρο TRMM -- συμπεριλαμβανομένου των εικόνων και των στοιχείων από το LIS -- είναι διαθέσιμες στην ιστοσελίσα TRMM

Η Ομάδα για την Αστραπή όπως ονομάζεται ήδη επιτυχώς έχει αναπτύξει και έχει πετάξει δύο οπτικούς ανιχνευτές αστραπής. Πρώτος ήταν Optical Transient Detector (OTD). Αυτό το "μεγάλης κλίμακας όργανο κλιματολογίας" συνέλεξε ένα πενταετές αρχείο παρατηρήσεων της αστραπής μεταξύ του Απριλίου του 1995 και του Απριλίου του 2000.

Το Tropical Rainfall Measuring (TRMM) προωθήθηκε τον Νοέμβριο του 1997 και έχει παράσχει τις υψηλής ευκρίνειας εικόνες και τις μετρήσεις βροχοπτώσεων για τους τροπικούς κύκλους μεταξύ κατά προσέγγιση 35 βαθμών γεωγραφικά πλάτη του Βορρά και νότου. TRMM φέρνει πέντε μοναδικά αισθητήρια όργανα, συμπεριλαμβανομένου εκείνου του αισθητήρα που επιτρέπει στους επιστήμονες να μελετήσουν τη διανομή και τη μεταβλητότητα της σφαιρικής αστραπής.

Ο Δρ Steve Goodman και ο Δρ Ken Cummins υπέβαλαν πρόσφατα μια εργασία σε ένα επιστημονικό περιοδικό για τον καιρό βασισμένη στην έρευνά τους στις αναλογίες των δύο ειδών της αστραπής. Το ένα είδος αστραπής είναι αυτό που δημιουργείται μεταξύ των σύννεφων (intracloud) και το άλλο μεταξύ ενός νέφους και της Γης.

Δεξιά: Εδώ φαίνεται και η μορφή intracloud αστραπής και η αστραπή μεταξύ σύννεφου-Γης (Η δεύτερη μορφή είναι στο κατώτερο κεντρικό σημείο της εικόνας.)

Η αναλογία του intracloud και της αστραπής μεταξύ νέφους και της Γης μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να ανιχνεύσουν και να ερμηνεύσουν τις ανωμαλίες στις πολύ άσχημες θύελλες. Η αστραπή Intracloud είναι η πιό κοινή και εμφανίζεται ως τα κανάλια του φωτός που προέρχεται από ένα κεντρικό σημείο. Από την άλλη μεριά η άλλη μορφή αστραπής σύννεφου-Γης είναι λιγότερο κοινή αλλά πιό επικίνδυνη. Ο προηγούμενος τύπος αστραπής είναι πιό αδύνατος και πιό δύσκολος να μετρηθεί σε μεγάλες αποστάσεις, ενώ ο τελευταίος είναι ευκολότερος να μετρηθεί από το έδαφος. Η μέτρηση όμως αυτών των δύο τύπων είναι ευκολότερη από το διάστημα.

Η αναλογία μεταξύ των δύο τύπων αστραπών ποικίλλει από τη θύελλα στη θύελλα. Στο παρελθόν, ήταν  δύσκολο να αποκτηθεί μια βασική γνώση για την αναλογία. Όπως αποδεικνύεται από αυτή τη μελέτη, ο δορυφόρος και οι επίγειες μετρήσεις μαζί καθιερώνουν έναν μέσο όρο που επιτρέπουν στους επιστήμονες να προσδιορίσουν μια αναλογία περίπου 3:1 στο νοτιοανατολικό μέρος των ΗΠΑ, ενώ στα μεσοδυτικά μέρη 10:1.