Naukowcy przez długi czas nie mogli wyjaśnić, dlaczego piorun uderza dwukrotnie w to samo miejsce. Teraz ta tajemnica została rozwiązana. Międzynarodowy zespół naukowców pod kierownictwem Uniwersytetu w Groningen wykorzystał radioteleskop LOFAR do bardzo szczegółowego badania błysków piorunów. Ich praca dowiodła, że ładunki ujemne w chmurze deszczowej nie są rozładowywane od razu. Są częściowo zachowane. Proces ten zachodzi wewnątrz struktur, które naukowcy nazwali igłami. Za ich pośrednictwem ładunek ujemny może wysłać drugie wyładowanie do ziemi. Wyniki zostały opublikowane 18 kwietnia w czasopiśmie naukowym Nature.
Igły
„To odkrycie bardzo różni się od obecnego obrazu, na którym ładunek przepływa kanałami plazmy bezpośrednio z jednej części chmury do drugiej lub do ziemi” - wyjaśnił profesor fizyki z Uniwersytetu w Groningen.
Nie było możliwe wcześniejsze przeprowadzenie takiego badania, ponieważ nie było niezbędnego sprzętu. Jednak dzięki najnowszemu radioteleskopowi LOFAR udało się wykryć igły i określić ich rozmiary. Mają 100 metrów długości i 5 metrów średnicy.
Matryca niskiej częstotliwości (LOFAR) wyprodukowana w Holandii. Składa się z kilku tysięcy anten rozsianych po całej Europie Północnej. Są podłączone do komputera centralnego za pomocą światłowodu i mogą pracować jako jedna jednostka.
Film promocyjny:
Matryca niskiej częstotliwości jest przeznaczona do obserwacji radioastronomicznych, ale funkcjonalność pozwala na wykorzystanie jej do badania wyładowań atmosferycznych.
Wewnątrz chmury
Do obserwacji piorunów naukowcy wykorzystali tylko anteny zlokalizowane w Holandii, których łączna powierzchnia wynosi 3200 metrów kwadratowych. Uzyskane za ich pomocą dane pomogły zobaczyć, co dzieje się w chmurze podczas burzy.
Piorun pojawia się, gdy silne prądy wznoszące tworzą w dużych chmurach specjalną elektryczność statyczną, której jedna część zostaje naładowana ujemnie, a druga dodatnio.
Kiedy ten podział ładunku osiąga określoną prędkość, pojawia się silne wyładowanie, które jest powszechnie nazywane błyskawicą. Zwykle zaczyna się na niewielkim obszarze gorącego, zjonizowanego powietrza, tzw. Plazmy.
Ta niewielka część jest przekształcana w rozgałęziony kanał plazmowy. Może mieć kilka kilometrów długości. Pozytywne końcówki kanału gromadzą ujemne ładunki z chmury. Następnie przechodzą przez kanał do końcówki ujemnej i ładunek jest rozładowywany.
Nowy algorytm
Badacze opracowali nowy schemat odbioru danych z radioteleskopu LOFAR. Pozwala im wizualizować promieniowanie z dwóch błysków pioruna. Bardzo dokładny znacznik czasu na wszystkich danych i zestaw anten pozwoliły naukowcom zidentyfikować źródła promieniowania o wysokiej rozdzielczości.
„W pobliżu centralnej strefy radioteleskopu, gdzie gęstość anteny jest najwyższa, dokładność przestrzenna wynosiła około jednego metra” - mówi profesor Scholten. Ponadto uzyskane dane umożliwiły zlokalizowanie 10 razy więcej źródeł VHF niż inne systemy obrazowania 3D, przy rozdzielczości czasowej w zakresie nanosekund. W rezultacie powstał trójwymiarowy obraz uderzenia pioruna o wysokiej rozdzielczości.
Przerwa
Dzięki badaniom stało się jasne, dlaczego w kanale wylotowym w miejscu formowania się igieł występują pęknięcia. Najprawdopodobniej wyładowują ładunki ujemne z głównego kanału, który następnie ponownie wpada w chmurę burzową. Okazało się, że spadek ładunków w kanale wywołuje przerwanie obwodu. Ale kiedy ładunek w chmurze ponownie staje się wysoki, przepływ przez kanał zostaje przywrócony, co prowadzi do powtarzającego się wyładowania atmosferycznego. To dzięki tej zasadzie piorun będzie wielokrotnie uderzał w ten sam obszar.
Scholten tak skomentował odkrycie: „Promieniowanie VHF wzdłuż kanału dodatniego jest spowodowane regularnie powtarzającymi się wyładowaniami wzdłuż wcześniej utworzonych kanałów bocznych, igieł. Wydaje się, że igły te wyczerpują ładunki w sposób pulsacyjny. „To zupełnie nowe zjawisko” - dodaje profesor Joe Dwyer z University of New Hampshire (USA), trzeci autor artykułu. „Nasze nowe metody nadzoru wychwytują ogromną liczbę igieł piorunów, których wcześniej nie widziano”. Brian Hare podsumowuje: „Dzięki tym obserwacjom widzimy, że część chmury jest doładowywana i można zrozumieć, dlaczego piorun w ziemię powtarza się kilka razy”.
Tatiana Andreeva