Когато Бенджамин Франклин завърза ключ за хвърчило и го хвърли в гръмотевична буря, той за кратко се превърна в уред, включен в най-силния генератор на енергия на Земята.
Франклин знаеше, както повечето хора правят, че гръмотевичните бури са невероятно силни. Изследователите са се опитали да преценят точно как мощен за повече от век, но винаги са били кратки - дори и най-сложните сензори във въздуха са недостатъчни, защото гръмотевичните вълни са просто твърде големи и непредсказуеми за измерване.
Сега, в публикация, публикувана на 15 март в списанието Physical Review Letters, изследователите в Ooty, Индия, излязоха с шокиращ нов отговор - благодарение на малко помощ от някои космически лъчи.
Използвайки масив от сензори, предназначени за измерване на електрически полета и интензивността на мюони - тежки частици, които постоянно валят от горната атмосфера на Земята, разпадайки се, докато преминават през материята - екипът измерва напрежението на голям гръмотевичен пламък, който се търкаля над Ooty в продължение на 18 минути на 1 декември 2014 г. Изследователите установяват, че средният облак е зареден с около 1,3 гигаволта електричество, което е 1,3 пъти 10 ^ 9 волта - приблизително 10 милиона пъти повече напрежение, отколкото се доставя от типичен изход за захранване в Северна Америка.
"Това обяснява защо гръмотевичните вълни са толкова разрушителни", каза съавторът на изследването Сунил Гупта, изследовател на космическите лъчи от Индийския институт за фундаментални изследвания в Тата, пред Live Science. "Ако разсеете това огромно количество енергия чрез каквото и да било, това ще доведе до тежко опустошение."
Вали муони
Гупта и неговите колеги изучават основно мюони - частици, подобни на електрон, които се създават, когато космическите лъчи се ударят в различни атоми в земната атмосфера. Тези частици имат около половината спин на електрони, но 200 пъти повече от теглото и са много добри в проникването на материята. Мюон, който вали надолу от атмосферата, може да пътува дълбоко в океана или мили под земята само за част от секундата, стига да има достатъчно енергия.
Мюоните губят енергията си, когато нещо им пречи - да речем, пирамида например. В началото на 2018 г. учените откриха две неизвестни досега камери във Великата пирамида в Гиза, като поставиха мюонни детектори около структурата и измериха къде частиците загубиха (и не загубиха) енергия. Мюоните, минаващи през каменните стени на пирамидата, губят повече енергия от мюоните, минаващи през големите празни камери. Резултатите позволиха на изследователите да създадат нова карта на интериора на пирамидата, без да стъпват вътре в нея.
Гупта и неговите колеги използваха подобен метод, за да картографират енергията вътре в Ooty thundercloud. Вместо да се съревновават с камък обаче, мюоните, падащи през облака, се сблъскват с бурно електрическо поле.
"Гръмотевичните бури имат положително зареден слой отгоре и отрицателно зареден слой отдолу", каза Гупта. "Ако положително зареден мюон удари облака, докато вали надолу от горната атмосфера, той ще бъде отблъснат и ще загуби енергия."
Използвайки масив от сензори за откриване на мюони и четири монитора на електрически полета, разпределени на няколко мили, изследователите измериха средния спад на енергията между мюони, преминали през гръмотевичната обвивка, и тези, които не преминават през нея. От тази загуба на енергия екипът успя да изчисли колко електрически потенциал са преминали частиците в гръмотевичния облак.
Беше масово.
„Учените прецениха, че гръмотевичните вълни могат да имат гигаволтен потенциал през 20-те години на миналия век“, казва Гупта, „но това никога не е доказано - досега“.
Картиране на гръмотевицата
След като изследователите разбраха електрическия потенциал на облака, те искаха да направят крачка по-далеч и да измерят точно колко сила пренася гръмотевичната обвивка, докато ревеше над Оти.
Използвайки данните от широкоразпръснатите си монитори за електрически полета, екипът попълни някои важни подробности за облака - който пътуваше с около 40 мили / ч (60 км / ч) на надморска височина от 7 мили, има приблизителна площ от 146 квадратни мили (380 квадратни км, площ около шест пъти по-голяма от Манхатън) и достигна максималния си електрически потенциал само 6 минути след появата си.
Въоръжени с това знание, изследователите най-накрая успяха да изчислят, че гръмотевичната буря носи около 2 гигавата мощност, което прави този единствен облак по-мощен от най-мощните атомни електроцентрали в света, каза Гупта.
"Количеството енергия, съхранявана тук, е достатъчно, за да осигури всички енергийни нужди на град като Ню Йорк за 26 минути", каза Гупта. "ако бихте могли да го впрегнете. "
С настоящата технология това е малко вероятна перспектива, отбеляза Гупта: Количеството енергия, разсеяна от такава буря, е толкова високо, че вероятно би стопила всеки проводник.
Все пак мощният потенциал на гръмотевични бури може да помогне за уреждане на космическа мистерия, която учени като Гупта и колегите му питат от десетилетия: Защо сателитите понякога откриват високоенергийни гама лъчи, взривяващи се от атмосферата на Земята, когато те трябва да валят от космоса ?
Според Гупта, ако гръмотевичните бури наистина могат да създадат електрически потенциал, по-голям от един гигаволт, те също биха могли да ускорят електроните достатъчно бързо, за да разделят други атоми в атмосферата, произвеждайки гама-лъчи.
Това обяснение изисква повече изследвания, за да се провери точността му, каза Гупта. Междувременно, не забравяйте да се удивите на следващия гръмотевичен плащ, който виждате, защото това е несъмнено мощна сила на природата - и, моля, помислете два пъти, преди да хвърчите хвърчило.
