Kad je Benjamin Franklin vezao ključ zmaja i odletio ga u oluju, nakratko je postao uređaj uključen u najjači generator energije na Zemlji.
Franklin je znao, kao i većina ljudi, da su grmljavinske oluje nevjerojatno snažne. Istraživači su pokušali precizno procijeniti kako moćan više od jednog stoljeća, ali uvijek su se pojavili kratki - čak su i najsofisticiraniji zračni senzori neadekvatni jer su grmljavinski grmovi jednostavno preveliki i nepredvidljivi za mjerenje.
U radu objavljenom 15. ožujka u časopisu Physical Review Letters, istraživači iz Ootyja u Indiji pronašli su šokantno novi odgovor - zahvaljujući maloj pomoći nekih kozmičkih zraka.
Koristeći niz senzora dizajniranih za mjerenje električnih polja i intenziteta muona - teških čestica koje neprestano padaju iz Zemljine gornje atmosfere, propadajući dok prolaze kroz materiju - tim je izmjerio napon velikog grmljavinskog udara koji se 18 minuta kotrljao iznad Ootyja 1. prosinca 2014. Istraživači su otkrili da je u prosjeku oblak napunjen s oko 1,3 gigavolta električne energije, što je 1,3 puta 10 ^ 9 V - otprilike 10 milijuna puta više napona nego što ga napaja tipična utičnica u Sjeverna Amerika.
"Ovo objašnjava zašto su grmljavinski grmovi tako destruktivni", izjavila je koautorica studije Sunil Gupta, kozmička zraka s indijskog Instituta za fundamentalna istraživanja Tata, uživo. "Ako rastresite ogromnu količinu energije kroz bilo što, to će uzrokovati ozbiljnu devastaciju."
Kišne muone
Gupta i njegovi kolege primarno proučavaju muone - čestice slične elektronima koje nastaju kada se kozmičke zrake sudaraju u različite atome u Zemljinoj atmosferi. Te čestice imaju otprilike pola spina elektrona, ali 200 puta veću od težine, i vrlo su dobre u prodoru tvari. Muon koji pada iz atmosfere može putovati duboko u ocean ili miljama pod zemljom u samo djeliću sekunde, pod uvjetom da ima dovoljno energije.
Muoni gube energiju kada im nešto ometa - recimo, piramida, na primjer. Početkom 2018. godine znanstvenici su otkrili dvije do tada nepoznate komore u Velikoj piramidi u Gizi postavljanjem muonskih detektora oko strukture i mjerenjem gdje su čestice izgubile (a nisu izgubile) energiju. Muoni koji prolaze kroz kamene zidove piramide izgubili su više energije od muona koji su prolazili kroz velike, prazne odaje. Rezultati su omogućili istraživačima da stvore novu kartu unutrašnjosti piramide, a da nisu smjestili nogu u nju.
Gupta i njegovi kolege koristili su sličnu metodu za mapiranje energije unutar grmljavine Ooty. Umjesto da se izbore s kamenom, muoni koji padaju kroz oblak suočeni su s turbulentnim električnim poljem.
"Grmljavinske oluje imaju pozitivno nabijeni sloj na vrhu i negativno nabijeni sloj na dnu", rekao je Gupta. "Ako pozitivno nabijeni muon udari u oblak dok kiši iz gornje atmosfere, to će se odbiti i izgubiti energiju."
Koristeći niz senzora za detekciju muona i četiri električna monitora polja raspoređena na više kilometara, istraživači su izmjerili prosječni pad energije između muona koji su prošli kroz grmljavinu i onoga koji nije prošao kroz njega. Na osnovu ovog gubitka energije, tim je mogao izračunati koliki je potencijal električnog potencijala čestica prošla u gromoglasnom oblaku.
Bilo je masovno.
"Znanstvenici su procijenili da bi pljuskovi mogli imati gigavoltni potencijal u 1920-ima", rekao je Gupta, "ali to nikada nije dokazano - do sada."
Mapiranje groma
Jednom kada su istraživači saznali električni potencijal oblaka, htjeli su otići korak dalje i precizno izmjeriti koliko snage provodi gromobran dok je jurio iznad Ootyja.
Koristeći podatke sa svojih široko rasprostranjenih monitora električnog polja, tim je ispunio neke važne detalje o oblaku - koji se kretao brzinom od oko 40 km / h (60 km / h) na nadmorskoj visini od 7 milja, procijenjena je površina od 146 četvornih milja (380 četvornih kilometara, područje oko šest puta veće od Manhattana), a dostigla je svoj maksimalni električni potencijal samo 6 minuta nakon što se pojavila.
Naoružani ovim saznanjima, istraživači su napokon mogli izračunati da je grmljavina nosila oko 2 gigavata snage, što ovaj pojedini oblak čini snažnijim od najmoćnijih nuklearnih elektrana na svijetu, rekao je Gupta.
"Količina ovdje pohranjene energije dovoljna je da se 26 minuta opskrbe sve potrebe za napajanjem grada poput New Yorka", rekao je Gupta. "Ako mogli biste ga iskoristiti. "
Gupta je napomenuo da je s trenutnom tehnologijom malo vjerovatno: Količina energije koja se raspršila takvom olujom toliko je velika da bi vjerojatno mogla rastopiti bilo koji vodič.
Ipak, nasilno snažni potencijal grmljavinske oluje mogao bi pomoći rješavanju kozmičke misterije koju su znanstvenici poput Gupta i njegovih kolega pitali desetljećima: Zašto sateliti ponekad otkrivaju visokoenergetske gama zrake koje eksplodiraju iz Zemljine atmosfere, kad bi trebale padati iz svemira ?
Prema Gupti, ako grmljavina zaista može stvoriti električni potencijal veći od jednog gigavolta, oni bi također mogli ubrzati elektrone dovoljno brzo da razbiju ostale atome u atmosferi, proizvodeći bljeskove gama-zraka.
Ovo je objašnjenje potrebno više istraživanja kako bi se potvrdila njegova točnost, rekao je Gupta. U međuvremenu, svakako se divite sljedećem grmljavinom koji vidite jer je to neizrecivo moć prirode - i, molim vas, dvaput razmislite prije nego letite zmaj.
