כשבנימין פרנקלין קשר מפתח עפיפון והטיס אותו לסערת ברקים, הוא הפך לזמן קצר למכשיר המחובר לגנרטור הכוח החזק ביותר על פני כדור הארץ.
פרנקלין ידע, כמו רוב האנשים, כי סופות רעמים חזקות להפליא. החוקרים ניסו להעריך במדויק איך חזקים יותר ממאה שנים, אך תמיד הצליחו להגיע למצב קצר - אפילו חיישני הטיס האוויר המתוחכמים ביותר אינם מספקים מכיוון שענני הרעמים הם פשוט גדולים מדי ולא ניתנים לחיזוי למדידה.
כעת, במאמר שפורסם ב -15 במרץ בכתב העת Physical Review Letters, החוקרים באוטי, הודו, הגיעו לתשובה חדשה ומזעזעת - בזכות עזרה מעט מכמה קרניים קוסמיות.
באמצעות מערך חיישנים שנועדו למדוד שדות חשמליים ועוצמת המואונים - חלקיקים כבדים הגשמים ללא הרף מהאטמוספרה העליונה של כדור הארץ, מתפוררים כאשר הם עוברים דרך החומר - מדד הצוות את המתח של סופת רעם גדולה שהתגלגלה מעל Ooty במשך 18 דקות ב -1 בדצמבר 2014. החוקרים גילו כי בממוצע הענן טעון בכ -1.3 ג'יגה-וולט חשמל, שהוא פי 1.3 פי 10 ^ 9 וולט - בערך פי 10 מיליון מתח יותר מזה שמספק לשקע חשמל טיפוסי ב צפון אמריקה.
"זה מסביר מדוע ענני הרעמים הם כה הרסניים," אמר הסופר-שותף סוניל גופטה, חוקר קרניים קוסמיות במכון Tata Institute of Research Fundamental בהודו, אמר ל- Live Science. "אם אתה מפזר את כמות האנרגיה המאסיבית הזו דרך כל דבר, זה הולך לגרום להרס קשה."
יורד גואונים
גופטה ועמיתיו לומדים בעיקר מואונים - חלקיקים דמויי אלקטרונים הנוצרים כאשר קרניים קוסמיות מתבאסות באטומים שונים באטמוספירה של כדור הארץ. לחלקיקים אלה יש כמחצית מסתובב האלקטרונים אך פי 200 ממשקלם, והם טובים מאוד בחומר חודר. מיאון הגשם מהאטמוספרה יכול לנוע עמוק בתוך האוקיאנוס או מיילים מתחת לאדמה תוך שבריר שנייה, כל עוד יש לו מספיק אנרגיה.
מיונים מאבדים את האנרגיה שלהם כשמשהו נכנס לדרכם - נניח, פירמידה, למשל. בתחילת 2018 גילו מדענים שני תאים שלא היו ידועים בעבר בתוך הפירמידה הגדולה בגיזה על ידי הצבת גלאי מוון סביב המבנה ומדידת היכן החלקים איבדו (ולא איבדו) אנרגיה. מיונים שעברו בין קירות האבן של הפירמידה איבדו יותר אנרגיה מאשר מיונים שעברו בתאים הגדולים והריקים. התוצאות אפשרו לחוקרים ליצור מפה חדשה של פנים הפירמידה מבלי להניח את דרכה בתוכה.
גופטה ועמיתיו השתמשו בשיטה דומה בכדי למפות את האנרגיה בתוך מערכת הרעמים של אוטי. במקום להתמודד עם אבן, לעומת זאת, מיונים שנפלו בענן עמדו מול שדה חשמלי סוער.
"לסופות רעמים יש שכבה טעונה חיובית מלמעלה ושכבה טעונה שלילית בתחתית", אמרה גופטה. "אם מיון טעון חיובי פוגע בענן כשגשם יורד מהאטמוספרה העליונה, הוא יידחה ויאבד אנרגיה."
החוקרים מדדו באמצעות מערך של חיישני זיהוי מיאון וארבעה מסכי שדה חשמליים הפרוסים על פני כמה מיילים, החוקרים מדדו את הירידה הממוצעת באנרגיה בין מיונים שעברו דרך גשם הרעם לאלה שלא עברו דרכה. מאובדן אנרגיה זה הצליח הצוות לחשב כמה פוטנציאל חשמלי עברו החלקיקים בענן הרעמים.
זה היה מסיבי.
"מדענים העריכו כי ענני הרעמים יכולים להיות בעלי פוטנציאל ג'יגאוולט בשנות העשרים," אמר גופטה, "אך זה מעולם לא הוכח - עד עכשיו."
מיפוי הרעם
ברגע שהחוקרים ידעו את הפוטנציאל החשמלי של הענן, הם רצו להתקדם צעד אחד קדימה ולמדוד במדויק כמה עוצמת הרעם נשאה כששאגה מעל אוטי.
באמצעות הנתונים ממסכי השדות החשמליים המפוזרים שלהם, הצוות מילא כמה פרטים חשובים על הענן - כלומר נסע במהירות של 40 קמ"ש (60 קמ"ש) בגובה של 11 מייל (11.4 ק"מ) מעל פני הים, היה שטח משוער של 146 מיילים (380 קמ"ר, שטח בערך פי שישה ממנהטן), והגיע לפוטנציאל החשמלי המרבי שלו רק 6 דקות לאחר הופעתו.
כשהם חמושים בידע זה, הצליחו החוקרים סוף סוף לחשב כי סופת הרעמים נשאה כשני ג'יגה וואט, מה שהפך את הענן היחיד הזה לחזק יותר מתחנות הכוח הגרעיניות החזקות בעולם, אמר גופטה.
"כמות האנרגיה המאוחסנת כאן מספיקה בכדי לספק את כל צורכי הכוח של עיר כמו העיר ניו יורק למשך 26 דקות," אמרה גופטה. "אם אתה יכול לרתום את זה. "
עם הטכנולוגיה העכשווית, זהו סיכוי לא סביר, ציין גופטה: כמות האנרגיה שמתפזרת בסערה כזו היא כה גבוהה עד שהיא ככל הנראה תמיס כל מוליך.
ובכל זאת, הפוטנציאל העוצמתי ביותר של סופות רעמים יכול לעזור ליישב תעלומה קוסמית שמדענים כמו גופטה ועמיתיו שאלו במשך עשרות שנים: מדוע לוויינים לפעמים מגלים קרני גאמה אנרגטיות גבוהות הנפרצות מהאטמוספרה של כדור הארץ, כאשר הם צריכים לרדת גשם מהחלל ?
לדברי גופטה, אם סופות רעמים אכן יכולות ליצור פוטנציאל חשמלי גדול מג'יגוולט אחד, הם גם יכולים להאיץ אלקטרונים במהירות מספיק כדי לפרק אטומים אחרים באטמוספירה, ולייצר הבזקי קרני גאמה.
הסבר זה מצריך מחקר נוסף בכדי לאמת את דיוקו, אמר גופטה. בינתיים, וודא שאתה מתפעל מסופת הרעמים הבאה שאתה רואה, שכן מדובר בכוח טבע אדיר שלא ניתן להבחין בו - ובבקשה, חשוב רגע פעמיים לפני שאתה מטיס עפיפון.
