Kun Benjamin Franklin sitoi avaimen leijaan ja lensi sen salaman myrskyyn, hänestä tuli hetkeksi laite, joka oli kytketty maan voimakkaimpaan voimageneraattoriin.
Franklin tiesi, kuten useimmat ihmiset, ukkosta on uskomattoman voimakas. Tutkijat ovat yrittäneet arvioida tarkasti Miten voimakkaita yli vuosisadan, mutta ovat aina tulleet lyhyeksi - jopa kaikkein hienostuneimmat ilmaanturit ovat riittämättömiä, koska ukkospilvet ovat vain liian suuria ja arvaamattomia mitattaviksi.
Nyt, Physical Review Letters -lehdessä 15. maaliskuuta julkaistussa lehdessä tutkijat Intiassa, Ootyssa, ovat keksineet uudenlaisen järkyttävän vastauksen - joidenkin kosmisten säteilyjen pienen avun ansiosta.
Käyttämällä joukko antureita, jotka on suunniteltu mittaamaan sähkökenttiä ja muonien voimakkuutta - raskaat hiukkaset, jotka jatkuvasti sataa maan yläkehästä, rapistuvat, kun ne kulkevat aineen läpi -, joukkue mittasi suuren ukkospilven jännitettä, joka kaatoi Ootyn yli 18 minuutin ajan 1. joulukuuta 2014. Tutkijat havaitsivat, että pilveen latautui keskimäärin noin 1,3 gigavolttia sähköä, joka on 1,3 kertaa 10 ^ 9 volttia - noin 10 miljoonaa kertaa enemmän jännitettä kuin tyypillisessä pistorasiassa. Pohjois-Amerikka.
"Tämä selittää, miksi ukkospilvet ovat niin tuhoisia", tutkimuksen avustaja Sunil Gupta, kosmisen säteilyn tutkija Intian Tata-perustutkimuslaitoksessa, kertoi Live Science: lle. "Jos hajotat tämän valtavan määrän energiaa minkä tahansa läpi, se aiheuttaa vakavia tuhoja."
Sataa kuoneja
Gupta ja hänen kollegansa tutkivat pääasiassa kuoneja - elektronimaisia hiukkasia, jotka syntyvät, kun kosmiset säteet sulaavat maapallon ilmakehän eri atomeihin. Näillä hiukkasilla on noin puolet elektronien spinistä, mutta paino on 200 kertaa suurempi, ja ne tunkeutuvat erittäin hyvin aineeseen. Ilmakehästä sadettava kuoni voi matkustaa syvälle valtamereen tai maileihin maan alla vain murto-sekunnissa, kunhan sillä on tarpeeksi energiaa.
Kuonit menettävät energiansa, kun jotain on tiellä - esimerkiksi pyramidi. Vuoden 2018 alussa tutkijat löysivät kaksi aiemmin tuntematonta kammiota Gizan suuren pyramidin sisäpuolelle perustamalla muonidetektorit rakenteen ympärille ja mittaamalla missä hiukkaset menettivät (eivätkä menettäneet) energiaa. Pyramidin kiviseinien läpi kulkevat kuukot menettivät enemmän energiaa kuin suurten tyhjien kammioiden läpi kulkevat kuongit. Tulokset antoivat tutkijoille mahdollisuuden luoda uusi kartta pyramidin sisätilasta asettamatta jalkaa sen sisään.
Gupta ja hänen kollegansa käyttivät samanlaista menetelmää energian kartoittamiseen Ooty-ukkospilven sisällä. Sen sijaan, että kiistelisi kiven kanssa, pilven läpi pudonneet muonit kohtasivat turbulenttia sähkökenttää.
"Ukkosta on positiivisesti varautunut kerros päällä ja negatiivisesti varautunut kerros pohjaan", Gupta sanoi. "Jos positiivisesti varautunut kuoni osuu pilveen sadessaan yläkehästä, se hylätään ja menettää energiaa."
Käyttämällä joukko muoneja havaitsevia antureita ja neljä sähkökenttämonitoria, jotka olivat levinneet useille maileille, tutkijat mittasivat keskimääräisen energian pudotuksen ukkosen läpi kulkeneiden kuonien ja niiden läpi, jotka eivät läpäisseet sitä. Tästä energian menetyksestä joukkue pystyi laskemaan kuinka paljon sähköpotentiaalia hiukkaset olivat kulkeneet ukkopilven läpi.
Se oli massiivista.
"Tutkijat arvioivat, että ukkospilveillä voisi olla gigavoltin potentiaalia 1920-luvulla", Gupta sanoi, "Mutta sitä ei koskaan todistettu - toistaiseksi."
Ukkosen kartoittaminen
Kun tutkijat tiesivät pilven sähköpotentiaalin, he halusivat siirtyä askeleen pidemmälle ja mitata tarkasti kuinka paljon voimaa ukkospilvi kantoi, kun se huussi Ootyn yli.
Ryhmä käytti laajasti hajautettujen sähkökenttämonitoriensa tietoja pilvestä - toisin sanoen matkalla noin 40 mph (60 km / h) 7 mailin (11.4 km) korkeudelle merenpinnan yläpuolella, sen arvioitu pinta-ala oli 146 neliökilometriä (380 neliökilometriä, pinta-ala on noin kuusi kertaa Manhattanin kokoinen) ja saavutti suurimman sähköpotentiaalinsa vain 6 minuutin kuluttua ilmestymisestä.
Tämän tiedon avulla tutkijat pystyivät lopulta laskea, että ukonilmalla oli noin 2 gigawattia voimaa, mikä teki tästä yhdestä pilvestä tehokkaamman kuin maailman tehokkaimmat ydinvoimalat, Gupta sanoi.
"Täällä varastoitu määrä energiaa riittää kattamaan kaikki New Yorkin kaltaisten kaupunkien virran tarpeet 26 minuutiksi", Gupta sanoi. "Jos voit valjastaa sen. "
Nykyisen tekniikan kanssa se on epätodennäköinen näkymä, Gupta huomautti: Tällaisen myrskyn hajottaman energian määrä on niin suuri, että se todennäköisesti sulaisi minkä tahansa johtimen.
Silti voimakkaasti ukonilmapotentiaali voisi auttaa ratkaisemaan kosmisen mysteerin, jota tutkijat, kuten Gupta ja hänen kollegansa ovat kysyneet vuosikymmenien ajan: Miksi satelliitit havaitsevat joskus maapallon ilmakehästä räjähtäviä korkean energian gammasäteitä, kun niiden pitäisi sataa alas avaruudesta ?
Guptan mukaan jos ukonilma voi todellakin luoda yhden gigavoltin suuremman sähköpotentiaalin, ne voisivat myös kiihdyttää elektroneja riittävän nopeasti murtaakseen ilmakehän muut atomit tuottaen gammasäteilyä.
Tämä selitys vaatii lisätutkimuksia sen tarkkuuden tarkistamiseksi, Gupta sanoi. Sillä välin, muista huoletta seuraavaa ukkospilmää, jonka näet, sillä se on uskomattoman mahtava luonnonvoima - ja mieti, mietti vielä kahdesti ennen leijan lentämistä.
