Jedno z najbardziej spektakularnych i jednocześnie najmniej poznanych zjawisk atmosferycznych, czyli wyładowanie atmosferyczne może wreszcie doczekać się pełnego naukowego wyjaśnienia.
Dzięki opracowaniu nowatorskiego modelu matematycznego badaczom udało się przybliżyć do rozwiązania zagadki, która przez dziesięciolecia stanowiła źródło intensywnych dociekań zarówno meteorologów, jak i naukowców zajmujących się fizyką atmosfery.
Wygląda na to, iż pioruny są efektem reakcji łańcuchowej
Choć błyskawice są dobrze znanym zjawiskiem pogodowym, proces ich powstawania do tej pory był otoczony aurą tajemnicy. Zespół meteorologów z Uniwersytetu Stanu Pensylwania zaproponował właśnie nową teorię, która rzuca światło na kulisy powstawania wyładowań atmosferycznych. Według ich modelu wszystko zaczyna się od elektronów przyspieszanych przez pole elektryczne w chmurach burzowych. Zderzając się z cząsteczkami tlenu i azotu, uwalniają promieniowanie X i tworzą kaskadę kolejnych, naładowanych cząstek.
To właśnie ta rozgrywająca się w ułamku sekundy reakcja łańcuchowa ma prowadzić do gigantycznego wyładowania energetycznego, które obserwujemy jako błysk pioruna. Co ciekawe, symulacje wykazały, iż zjawisko może mieć różne natężenie i nie zawsze wiąże się z wyraźnymi błyskami świetlnymi czy ze grzmotami.
Ten model wyjaśnia nie tylko błyskawice
Jak czytamy na łamach Gizmodo, nowe badania opierają się na rozbudowie wcześniejszego modelu opracowanego w 2023 r. Zespół badawczy sprawdził jego skuteczność w porównaniu z danymi z satelitów, naziemnych czujników i samolotów szpiegowskich. Szczególną uwagę poświęcono tzw. rozbłyskom gamma, które bardzo często towarzyszą burzom, choć są niewidoczne gołym okiem.
Zespół zauważył, iż wiele takich zjawisk ma niski poziom emisji optycznej i radiowej, co wcześniej uniemożliwiało ich jednoznaczną identyfikację. Dopiero precyzyjne obliczenia ujawniły, iż to nieregularna dystrybucja wysokoenergetycznych elektronów jest za nie odpowiedzialna. Model okazał się na tyle dokładny, iż można go stosować na różnych wysokościach atmosfery i dla różnych typów burz.
Zwykła matematyka, niezwykłe efekty
Opracowana teoria może mieć znaczenie nie tylko dla meteorologii. Zdaniem badaczy sposób inicjacji błyskawic może zostać wykorzystany np. do opracowania nowych źródeł promieniowania X, które byłyby bardziej kompaktowe i efektywniejsze.
Zobacz także:
Choć na pierwszy rzut oka może się wydawać, iż badanie piorunów to czysta teoria, skutki tych odkryć mogą mieć dalekosiężne konsekwencje. Lepsze zrozumienie mechanizmu ich powstawania pozwoli nie tylko na skuteczniejsze prognozowanie pogody, ale być może również ułatwi konstruowanie bezpieczniejszych systemów ochrony przed wyładowaniami czy pozwoli na rozwój technologii bazujących na kontrolowanej emisji promieniowania.
*Źródło zdjęcia wprowadzającego: Ruben MG / Shutterstock
