Коли Бенджамін Франклін прив’язав ключ до повітряного змія і перелетів його в шторм, він ненадовго став приладом, підключеним до найсильнішого генератора енергії на Землі.
Франклін знав, як це робить більшість людей, що грози неймовірно потужні. Дослідники намагалися точно оцінити як Потужні вже більше століття, але завжди виявляються короткими - навіть найскладніші повітряні датчики є неадекватними, оскільки грозові грози просто занадто великі і непередбачувані для вимірювання.
Зараз, у публікації, опублікованій 15 березня у журналі Physical Review Letters, дослідники з Оті, Індія, придумали приголомшливу нову відповідь - завдяки невеликій допомозі від космічних променів.
Використовуючи масив датчиків, призначених для вимірювання електричних полів та інтенсивності мюонів - важких частинок, які постійно дощують з верхньої атмосфери Землі, розпадаючись, коли вони проходять через речовину - команда виміряла напругу великої грозової грози, що котилася над Уті протягом 18 хвилин 1 грудня 2014 року. Дослідники встановили, що в середньому хмара заряджалася приблизно 1,3 гігавольт електроенергії, що в 1,3 рази 10 ^ 9 вольт - приблизно в 10 мільйонів разів більше напруги, ніж подається типовою розеткою Північна Америка.
"Це пояснює, чому грози настільки руйнівні", - сказала співавтор дослідження Суніл Гупта, дослідник космічних променів Індійського інституту фундаментальних досліджень Індії Тата. "Якщо ви розпустите цю величезну кількість енергії через що-небудь, це призведе до сильного спустошення".
Дощові мюони
Гупта та його колеги в першу чергу вивчають мюони - електронноподібні частинки, які створюються, коли космічні промені тріскаються на різні атоми в земній атмосфері. Ці частинки мають приблизно половину спіну електронів, але в 200 разів перевищують вагу, і дуже добре проникають в речовину. Мюон, що скидає з атмосфери, може подорожувати глибоко в океан чи милі під землею лише за частину секунди, якщо у нього достатньо енергії.
Мюони втрачають свою енергію, коли щось заважає їм, скажімо, піраміда, наприклад. На початку 2018 року вчені виявили дві раніше невідомі камери всередині Великої піраміди в Гізі, встановивши навколо будови мюонні детектори і вимірявши, де частинки втратили (і не втратили) енергію. Мюони, що проходять через кам'яні стіни піраміди, втратили більше енергії, ніж мюони, що проходять через великі порожні камери. Результати дозволили дослідникам створити нову карту інтер'єру піраміди, не встановлюючи ноги всередині неї.
Гупта та його колеги використовували аналогічний метод для відображення енергії всередині грозової грози Ooty. Замість того, щоб боротися з каменем, проте мюони, що падають через хмару, стикалися з бурхливим електричним полем.
"Грози мають позитивно заряджений шар зверху і негативно заряджений шар знизу", - сказав Гупта. "Якщо позитивно заряджений мюон потрапить у хмару, коли він дощить з верхньої атмосфери, він відштовхується і втрачає енергію".
За допомогою масиву датчиків детектування мюонів та чотирьох електричних моніторів поля, рознесених на кілька миль, дослідники вимірювали середнє падіння енергії між мюонами, що пройшли крізь грозову гущу, та тими, які не пройшли через неї. З цієї втрати енергії команда змогла підрахувати, скільки електричного потенціалу частинки пройшли в грозовій хмарі.
Це було масово.
"Вчені підрахували, що грози можуть мати гігавольтний потенціал у 1920-х роках", - сказав Гупта. - Але це ніколи не було доведено - дотепер ".
Картування грому
Як тільки дослідники дізналися про електричний потенціал хмари, вони хотіли піти на крок далі і точно виміряти, яку потужність несе грозовий шар, коли він ревів над Уті.
Використовуючи дані своїх широко розповсюджених моніторів електричного поля, команда заповнила деякі важливі деталі про хмару - тобто подорожувала приблизно на 40 миль / год (60 км / год) на висоті 7 миль (11,4 кілометра) над рівнем моря, мала приблизно 146 квадратних миль (380 квадратних км, площа приблизно в шість разів більша за Манхеттен), і досяг максимального електричного потенціалу лише через 6 хвилин після появи.
Озброївшись цими знаннями, дослідники нарешті змогли підрахувати, що гроза несла близько 2 гігават енергії, зробивши цю єдину хмару потужнішою, ніж найпотужніші атомні електростанції у світі, заявив Гупта.
"Кількість енергії, що зберігається тут, достатня для забезпечення енергетичних потреб такого міста, як Нью-Йорк, протягом 26 хвилин", - сказав Гупта. "Якщо ти можеш його використати ".
Сучасна технологія - це малоймовірна перспектива, - зазначив Гупта: кількість енергії, що розсіюється такою бурею, настільки велика, що, ймовірно, може розтанути будь-який провідник.
Тим не менш, насильницький потенціал гроз може допомогти вирішити космічну таємницю, про яку вчені, такі як Гупта та його колеги, десятиліттями запитували: Чому супутники іноді виявляють високоенергетичні гамма-випромінювання, що вибухають з атмосфери Землі, коли їм слід дощити з космосу ?
За словами Гупти, якщо грози справді можуть створити електричний потенціал, більший, ніж один гігавольт, вони також могли б прискорити електрони досить швидко, щоб розбити інші атоми в атмосфері, утворюючи спалахи гамма-променів.
Це пояснення вимагає проведення додаткових досліджень, щоб перевірити його точність, сказав Гупта. Тим часом обов'язково дивуйтеся наступному грозовому шару, який ви бачите, бо це незбагненно могутня сила природи - і, будь ласка, подумайте двічі перед тим, як летіти на змій.
