Când Benjamin Franklin a legat o cheie de un zmeu și a zburat-o într-o furtună fulgerătoare, a devenit pentru scurt timp un aparat conectat la cel mai puternic generator de energie de pe Pământ.
Franklin știa, așa cum fac majoritatea oamenilor, că furtunile sunt incredibil de puternice. Cercetătorii au încercat să estimeze cu exactitate Cum puternice de mai bine de un secol, dar au rămas întotdeauna scurte - chiar și cei mai sofisticați senzori aerieni sunt inadecvate, deoarece tunetele de tunet sunt prea mari și imprevizibile pentru a fi măsurate.
Acum, într-o lucrare publicată pe 15 martie în revista Physical Review Letters, cercetătorii din Ooty, India, au venit cu un nou răspuns șocant - datorită unui mic ajutor din partea unor raze cosmice.
Folosind o serie de senzori concepuți pentru a măsura câmpurile electrice și intensitatea muonilor - particule grele care plouă constant din atmosfera superioară a Pământului, în descompunere pe măsură ce trec prin materie - echipa a măsurat tensiunea unui tunet mare care s-a rostogolit peste Ooty timp de 18 minute la 1 decembrie 2014. Cercetătorii au descoperit că, în medie, norul a fost încărcat cu aproximativ 1,3 gigavolți de energie electrică, care este de 1,3 ori 10 ^ 9 volți - aproximativ 10 milioane de ori mai multă tensiune decât este furnizată de o priză tipică în America de Nord.
"Acest lucru explică de ce tunetele sunt atât de distructive", a spus co-autorul Sunil Gupta, cercetător de raze cosmice la Institutul de Cercetări Fundamentale Tata din India, pentru Live Science. „Dacă disipați această cantitate masivă de energie prin orice, aceasta va provoca devastări severe”.
Plouă muioane
Gupta și colegii săi studiază în primul rând muoni - particule asemănătoare cu electroni care sunt create atunci când razele cosmice pătrund în diferiți atomi din atmosfera Pământului. Aceste particule au aproximativ jumătate de rotire a electronilor, dar de 200 de ori greutatea și sunt foarte bune la pătrunderea materiei. Un muon care plouă din atmosferă poate călători adânc în ocean sau mile subteran în doar o fracțiune de secundă, atât timp cât are suficientă energie.
Mulții își pierd energia atunci când ceva le stă în cale - să zicem, de exemplu, o piramidă. La începutul anului 2018, oamenii de știință au descoperit două camere necunoscute anterior în Marea Piramidă din Giza prin instalarea detectoarelor de muoni în jurul structurii și măsurând unde particulele pierdeau (și nu pierdeau) energie. Mulți care treceau prin zidurile de piatră ale piramidei pierdeau mai multă energie decât muioanele care treceau prin camerele mari, goale. Rezultatele au permis cercetătorilor să creeze o nouă hartă a interiorului piramidei fără să pună piciorul în interiorul acesteia.
Gupta și colegii săi au folosit o metodă similară pentru a cartografia energia din tunelul Ooty. În loc să se lupte cu piatra, cu toate acestea, muioanele căzând prin nor s-au confruntat cu un câmp electric turbulent.
"Furtunile au un strat încărcat pozitiv în partea de sus și un strat încărcat negativ pe jos", a spus Gupta. "Dacă un muon încărcat pozitiv lovește norul, deoarece plouă din atmosfera superioară, va fi respins și va pierde energie."
Folosind o serie de senzori de detectare a muonului și patru monitoare de câmp electrice răspândite pe mai mulți kilometri, cercetătorii au măsurat scăderea medie a energiei între muii care au trecut prin tunet și cei care nu au trecut prin ea. Din această pierdere de energie, echipa a putut să calculeze cât de potențial electric au trecut particulele în norul de tunete.
A fost masiv.
„Oamenii de știință au estimat că furtunii pot avea potențial gigavolt în anii ’20, a spus Gupta,„ dar niciodată nu a fost dovedit - până acum ”.
Cartografierea tunetului
Odată ce cercetătorii au cunoscut potențialul electric al norului, au vrut să meargă cu un pas mai departe și să măsoare cu exactitate cât de multă putere a purtat tunetul în timp ce urla peste Ooty.
Folosind datele de pe monitoarele lor de câmp electric dispersate pe scară largă, echipa a completat câteva detalii importante despre nor - adică a călătorit la aproximativ 40 km / h la o altitudine de 11,4 kilometri deasupra nivelului mării, avea o suprafață estimată de 146 km pătrați (380 km pătrați, o suprafață de aproximativ șase ori mai mare decât Manhattan) și și-a atins potențialul electric maxim la doar 6 minute de la apariție.
Înarmați cu aceste cunoștințe, cercetătorii au reușit în sfârșit să calculeze că furtuna a transportat aproximativ 2 gigawati de putere, făcând acest nor unic mai puternic decât cele mai puternice centrale nucleare din lume, a spus Gupta.
"Cantitatea de energie stocată aici este suficientă pentru a alimenta toate necesitățile de energie ale unui oraș precum New York City timp de 26 de minute", a spus Gupta. "Dacă ai putea să o folosești ”.
Cu tehnologia actuală, aceasta este o perspectivă puțin probabilă, Gupta a menționat: cantitatea de energie disipată de o astfel de furtună este atât de mare încât probabil ar topi orice conductor.
Totuși, potențialul puternic al furtunilor ar putea ajuta la rezolvarea unui mister cosmic pe care oamenii de știință ca Gupta și colegii săi l-au întrebat de zeci de ani: De ce sateliții detectează uneori raze gamma de mare energie care se aruncă din atmosfera Pământului, când ar trebui să plouă din spațiu. ?
Potrivit lui Gupta, dacă furtunile pot crea într-adevăr un potențial electric mai mare decât un gigavolt, ar putea, de asemenea, să accelereze electronii suficient de repede pentru a sparge alți atomi din atmosferă, producând fulgere cu raze gamma.
Această explicație necesită mai multe cercetări pentru a-i verifica acuratețea, a spus Gupta. Între timp, asigurați-vă că vă veți minuna de următorul tunet pe care îl vedeți, pentru că este o forță nesfârșită de natură - și, vă rog, gândiți-vă de două ori înainte de a zbura un zmeu.
