Pojedyncza chmura burzowa niesie 1 miliard woltów energii elektrycznej

  • Jacob Hoover
  • 0
  • 2310
  • 591

Kiedy Benjamin Franklin przywiązał klucz do latawca i rzucił nim w burzę z piorunami, na krótko stał się urządzeniem podłączonym do najsilniejszego generatora prądu na Ziemi.

Franklin wiedział, jak większość ludzi, że burze są niesamowicie potężne. Badacze próbowali precyzyjnie oszacować w jaki sposób potężne od ponad wieku, ale zawsze były krótkie - nawet najbardziej wyrafinowane czujniki powietrzne są niewystarczające, ponieważ chmury burzowe są po prostu zbyt duże i nieprzewidywalne, aby je zmierzyć.

Teraz, w artykule opublikowanym 15 marca w czasopiśmie Physical Review Letters, naukowcy z Ooty w Indiach znaleźli nową, szokującą odpowiedź - dzięki niewielkiej pomocy promieni kosmicznych. [Elektryczna ziemia: oszałamiające obrazy błyskawic]

Korzystając z szeregu czujników zaprojektowanych do pomiaru pól elektrycznych i intensywności mionów - ciężkich cząstek, które nieustannie opadają z górnych warstw atmosfery Ziemi i rozkładają się, gdy przechodzą przez materię - zespół zmierzył napięcie dużej chmury burzowej, która przetaczała się nad Ooty przez 18 minut 1 grudnia 2014 r. Naukowcy odkryli, że średnio w chmurze znajdowało się około 1,3 gigavolta energii elektrycznej, czyli 1,3 razy 10 ^ 9 woltów - około 10 milionów razy więcej niż napięcie dostarczane przez typowe gniazdko elektryczne w Ameryka północna.

„To wyjaśnia, dlaczego chmury burzowe są tak destrukcyjne” - powiedział współautor badania Sunil Gupta, badacz promieniowania kosmicznego z indyjskiego Instytutu Badań Podstawowych Tata. „Jeśli rozproszysz tę ogromną ilość energii przez cokolwiek, spowoduje to poważne zniszczenia”.

Pada miony

Gupta i jego koledzy zajmują się głównie badaniem mionów - cząstek podobnych do elektronów, które powstają, gdy promienie kosmiczne wbijają się w różne atomy w ziemskiej atmosferze. Cząsteczki te mają około połowę spinu elektronów, ale są 200 razy większe i bardzo dobrze penetrują materię. Mion opadający z atmosfery może podróżować w głąb oceanu lub mil pod ziemię w zaledwie ułamek sekundy, o ile ma wystarczającą ilość energii.

Miony tracą energię, gdy coś stanie im na drodze - na przykład piramida. Na początku 2018 roku naukowcy odkryli dwie nieznane wcześniej komory wewnątrz Wielkiej Piramidy w Gizie, ustawiając detektory mionów wokół struktury i mierząc, gdzie cząstki straciły (i nie straciły) energii. Miony przechodzące przez kamienne ściany piramidy traciły więcej energii niż miony przechodzące przez duże, puste komory. Wyniki pozwoliły naukowcom stworzyć nową mapę wnętrza piramidy bez wchodzenia w nią.

Gupta i jego koledzy zastosowali podobną metodę do mapowania energii wewnątrz chmury burzowej Ooty. Jednak zamiast walczyć z kamieniem, miony spadające przez chmurę napotkały turbulentne pole elektryczne.

„Burze mają dodatnio naładowaną warstwę na górze i ujemnie naładowaną warstwę na dole” - powiedział Gupta. „Jeśli dodatnio naładowany mion uderzy w chmurę podczas deszczu z górnych warstw atmosfery, zostanie odparty i straci energię”. [Infografika: Jak działa Lightning]

Korzystając z szeregu czujników wykrywających miony i czterech monitorów pola elektrycznego rozłożonych na kilka mil, naukowcy zmierzyli średni spadek energii między mionami, które przeszły przez chmurę burzową, a tymi, które przez nią nie przeszły. Na podstawie tej utraty energii zespół był w stanie obliczyć, jaki potencjał elektryczny przeszły cząsteczki w chmurze burzowej.

To było ogromne.

„Naukowcy oszacowali, że chmury burzowe mogą mieć potencjał gigawoltowy w latach dwudziestych XX wieku” - powiedział Gupta - „Ale nigdy tego nie udowodniono - aż do teraz”.

Mapowanie grzmotu

Gdy naukowcy poznali potencjał elektryczny chmury, chcieli pójść o krok dalej i dokładnie zmierzyć, ile mocy nosi chmura burzowa, gdy ryczała nad Ooty.

Korzystając z danych z szeroko rozproszonych monitorów pola elektrycznego, zespół podał kilka ważnych szczegółów dotyczących chmury - czyli poruszającej się z prędkością około 40 mil na godzinę (60 km / h) na wysokości 7 mil (11,4 km) nad poziomem morza, miał szacunkowy obszar 146 mil kwadratowych (380 km kwadratowych, obszar około sześć razy większy od Manhattanu) i osiągnął maksymalny potencjał elektryczny zaledwie 6 minut po pojawieniu się.

Uzbrojeni w tę wiedzę naukowcy byli w końcu w stanie obliczyć, że burza przenosi około 2 gigawatów mocy, dzięki czemu ta pojedyncza chmura jest potężniejsza niż najpotężniejsze elektrownie jądrowe na świecie, powiedział Gupta..

„Ilość zgromadzonej tutaj energii wystarcza na zaspokojenie wszystkich potrzeb energetycznych miasta takiego jak Nowy Jork przez 26 minut” - powiedział Gupta. "Jeśli możesz to wykorzystać. "

Przy obecnej technologii jest to mało prawdopodobna perspektywa, zauważył Gupta: ilość energii rozpraszanej przez taką burzę jest tak duża, że ​​prawdopodobnie stopiłaby jakikolwiek przewodnik.

Mimo to gwałtownie potężny potencjał burz może pomóc w rozwiązaniu kosmicznej tajemnicy, o którą naukowcy tacy jak Gupta i jego koledzy pytali od dziesięcioleci: dlaczego satelity czasami wykrywają wysokoenergetyczne promienie gamma wylatujące z ziemskiej atmosfery, kiedy powinny one padać z kosmosu?

Według Gupty, jeśli burze rzeczywiście mogą wytworzyć potencjał elektryczny większy niż jeden gigawolt, mogą również przyspieszyć elektrony wystarczająco szybko, aby rozerwać inne atomy w atmosferze, wytwarzając błyski promieniowania gamma..

To wyjaśnienie wymaga więcej badań, aby zweryfikować jego dokładność, powiedział Gupta. W międzyczasie podziwiaj następną burzową chmurę, którą zobaczysz, ponieważ jest to niezgłębiona potężna siła natury - i, proszę, pomyśl dwa razy, zanim puszczasz latawiec.

  • 5 nieuchwytnych cząstek, które mogą czaić się we wszechświecie
  • Błyskawica czerwonego duszka ujawniona na oszałamiających zdjęciach
  • Zdjęcia: Najpotężniejsze burze w Układzie Słonecznym

Pierwotnie opublikowano w dniu .




Jeszcze bez komentarzy

Najciekawsze artykuły o tajemnicach i odkryciach. Wiele przydatnych informacji o wszystkim
Artykuły o nauce, kosmosie, technologii, zdrowiu, środowisku, kulturze i historii. Wyjaśniasz tysiące tematów, abyś wiedział, jak wszystko działa