راز رعد و برق فاش شد؛ چند دقیقه پیش از وقوع صاعقه چه اتفاقی می‌افتد؟

راز بقا: دانشمندان می‌گویند سرانجام این معما را که درست پیش از وقوع صاعقه چه اتفاقی می‌افتد، حل کرده‌اند.

با وجود آنکه بنجامین فرانکلین، مخترع مشهور و یکی از بنیان‌گذاران ایالات متحده، در سال ۱۷۵۲ ارتباط بین صاعقه و الکتریسیته را کشف کرد، متخصصان حتی پس از گذشت بیش از ۲۷۰ سال، هنوز به‌طور کامل مسیر حرکت صاعقه از ابر به زمین را درک نکرده بودند.

ویکتور پاسکو، استاد مهندسی برق در دانشکده مهندسی برق و علوم رایانه دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، در اظهاراتی که این یافته‌ها را اعلام می‌کرد، گفت: «یافته‌های ما نخستین توضیح دقیق و کمی را درباره نحوه آغاز صاعقه در طبیعت ارائه می‌دهد. این یافته‌ها بین پرتو‌های ایکس، میدان‌های الکتریکی و فیزیک بهمن الکترونی پیوند برقرار می‌کند.»

خب پس قضیه فرایند‌های جوی که جرقه‌های عظیم و انفجاری الکتریسیته را ایجاد می‌کنند، جرقه‌هایی که می‌توانند هوا را تا دمایی پنج برابر داغ‌تر از سطح خورشید گرم کنند، چیست؟

به گفته پاسکو و تیم او، این واکنش زنجیره‌ای نیرومند مشابه یک ماشین پین‌بال نامرئی عمل می‌کند. میدان‌های الکتریکی قوی در درون ابر‌های طوفانی باعث شتاب‌گیری الکترون‌هایی می‌شوند که با مولکول‌هایی مانند نیتروژن و اکسیژن برخورد می‌کنند. این واکنش‌ها پرتو الکترومغناطیسی تولید می‌کنند که عموما به‌عنوان پرتو ایکس شناخته می‌شود و همچنین الکترون‌ها و فوتون‌های پرانرژی بیشتری پدید می‌آورند. فوتون‌ها ذرات بنیادی تشکیل‌دهنده نورند. پس از این مرحله، صاعقه شکل می‌گیرد.

بنا بر اعلام سازمان ملی اقیانوسی و جوی ایالات متحده، دانشمندان علوم جوی می‌دانستند که ذرات باردار درون ابر‌ها چگونه واکنش می‌دهند. پروتون‌ها به سمت بالا می‌روند و الکترون‌ها به سوی زمین پایین می‌آیند که در نتیجه آن، بار الکتریکی مثبت روی سطح زمین انباشته می‌شود. وقتی آن بار مثبت به سوی بار منفی در حال نزدیک شدن امتداد می‌یابد و کانال‌ها به هم متصل می‌شوند، انتقال الکتریکی که رخ می‌دهد، همان چیزی است که ما به‌عنوان صاعقه مشاهده می‌کنیم.

نویسندگان [این تیم]بین‌المللی برای دستیابی به این نتایج جدید، از مدل‌سازی ریاضی استفاده کردند و شرایط فیزیکی را که صاعقه احتمال دارد در آنها شکل بگیرد، شبیه‌سازی کردند.

زاید پرویز، دانشجوی دکترای مهندسی برق، گفت: «ما توضیح دادیم که رویداد‌های فوتوالکتریک چگونه رخ می‌دهند، چه شرایطی باید در ابر‌های طوفانی وجود داشته باشد تا آبشار الکترون‌ها آغاز شود و چه عاملی موجب وقوع طیف گسترده‌ای از سیگنال‌های رادیویی می‌شود که ما پیش از هر برخورد صاعقه در ابر‌ها مشاهده می‌کنیم. برای تایید توضیحمان درباره آغاز صاعقه، نتایجمان را با مدل‌سازی‌های پیشین، مطالعات مشاهده‌ای و پژوهش خودم درباره نوعی از صاعقه به نام تخلیه‌های فشرده درون‌ابری مقایسه کردم؛ این نوع صاعقه معمولا در نواحی کوچک و موضعی درون ابر‌های طوفانی رخ می‌دهد.»

آنها همچنین تلاش کردند تا مشاهدات مربوط به آنچه را که «صاعقه تاریک» یا «درخشش گاما‌ــ‌پرتو زمینی» نامیده می‌شود، توضیح دهند.

این فوران‌های پرتو ایکس نامرئی از جرقه‌هایی تشکیل شده‌اند که در جو زمین تولید می‌شوند. این جرقه‌ها اغلب بدون نور مرئی و امواج رادیویی‌ــ که از نشانه‌های آشنا و معمول صاعقه در هوای طوفانی به شمار می‌روند‌ــ پدید می‌آیند. پژوهشگران می‌خواستند بدانند چرا چنین است.

پاسکو گفت: «در مدل‌سازی ما، پرتو‌های ایکس پرانرژی که بهمن‌های الکترونی نسبیتی تولید می‌کنند، الکترون‌های جدیدی را از طریق اثر فوتوالکتریک در هوا پدید می‌آورند و این بهمن‌ها را به‌سرعت تقویت می‌کنند.»

«افزون بر اینکه این واکنش زنجیره‌ای خارج از کنترل در حجم‌هایی بسیار فشرده پدید می‌آید، می‌تواند با شدتی بسیار متغیر رخ دهد که اغلب به سطوح قابل‌آشکارسازی پرتو ایکس منجر می‌شود. در حالی که تنها تابش‌های نوری و رادیویی بسیار ضعیفی همراه آن دیده می‌شود. این امر توضیح می‌دهد که چرا این درخشش‌های گاما می‌توانند از مناطقی سرچشمه بگیرند که از نظر نوری تاریک و کم‌سو و از نظر رادیویی خاموش به نظر می‌رسند.»

این پژوهش بین‌المللی روز دوشنبه [۲۸ ژوئیه]در مجله «تحقیقات ژئوفیزیک» (Journal of Geophysical Research) منتشر شد.