3 Minuten
Žaibo paslapčių atskleidimas
Šimtmečius įspūdingi žaibo blyksniai kėlė žmonėms ir baimę, ir smalsumą. Nors žaibas dažnai pasirodo audros metu visame pasaulyje, tikslus fizinių įvykių mechanizmas, sukeliantis žaibo iškrovą, ilgai išliko neatskleistas. Dabar naujas mokslinis tyrimas, kuriam vadovauja inžinieriai ir atmosferos mokslininkai, suteikia precedento neturinčių įžvalgų apie žaibo kilmę. Pasitelkus pažangius matematinius modelius, pagaliau pradėtos aiškinti sudėtingos procesų grandinės, vykstančios audros debesų viršūnėse.
Matematinių modelių vaidmuo suprantant žaibą
Pensilvanijos valstijos universiteto ir kitų organizacijų mokslininkai pritaikė modernias matematines simuliacijas, kad atskleistų mikroskopinius reiškinius, vykstančius perkūnijos debesyse. Jų rezultatai, publikuoti žurnale „Journal of Geophysical Research“ liepos 28 dieną, parodė, kad intensyvūs elektriniai laukai debesyse pagreitina elektronus iki didelių greičių. Šie energingi elektronai sukuria rentgeno spindulių ir aukštos energijos fotonų srautus, kurie galiausiai suformuoja galingą žaibo iškrovą, matomą iš žemės.
Vyresnysis tyrimo autorius, žymus elektros inžinierius Victoras Pasko dar 2023 metais sukūrė šį matematinį modelį. Naujausi tyrimai jį patobulino, leidžiant tiksliau modeliuoti ir prognozuoti su žaibu susijusius reiškinius. Siekdami užtikrinti modelio pagrįstumą, mokslininkai savo teorines išvadas palygino su tikrais duomenimis, gautais iš žaibo detektorių ant žemės, palydovinių stebėjimų ir specialių aukštuminių lėktuvų misijų.
Perkūnijos debesyse: žaibo užgimimas
Pagrindinė tyrimo išvada – elektronai, judėdami dėl audros debesų elektrinių laukų, atsitrenkia į ore esančius azoto ir deguonies molekules. Šie susidūrimai sukuria energingus rentgeno spindulius – reiškinį, kuris anksčiau buvo stebėtas, tačiau menkai suprastas. Propaguodami, rentgeno spinduliai sukelia grandininę reakciją, ar net „laviną“, kurios metu energingi elektronai stiprina virš debesies esančią energiją. Galutinis rezultatas – staigus fotonų išsiskyrimas, matomas kaip ryški žaibo juosta danguje.
Šios išvados padeda paaiškinti ir sudėtingus sausumos gama blyksnių (TGF) stebėjimus. TGF – tai trumpi radiacijos, daugiausia rentgeno ir gama spindulių, pliūpsniai, susiję su perkūnijomis, tačiau dažnai nematomi plika akimi ir negirdimi standartinėse radijo stebėjimuose. Pasak V. Pasko, „Ši pagreitintoji reakcija gali vykti kompaktiškose erdvėse ir būti labai įvairaus intensyvumo“, kas paaiškina TGF intensyvumo skirtumus bei vadinamuosius „optiškai tamsius ir radijui nebylius“ gama blyksnius, kai stiprūs rentgeno spinduliai aptinkami be matomų ar radijo požymių.
Atmosferos mokslo pažanga ir perspektyvos
Viena reikšmingiausių tyrimo naujovių – pirmą kartą atliktos visiškai laiko priklausomos žaibo įvykių simuliacijos. Bendroautoris, Penn State doktorantūros studentas Zaid Pervez, pažymėjo, kad anksčiau modeliai buvo riboti siaurais geografiniais regionais ar konkrečiomis laiko atkarpomis. Nauji modeliai, leidžiantys lyginti duomenis skirtinguose aukščiuose ir atmosferos sąlygose, atveria kelią dar gilesniam žaibo ir atmosferos fizikos supratimui bei naujiems atradimams.
Be to, kad praplečiamas supratimas apie žaibo ir gama blyksnių kilimą, šis darbas nurodo naujų rentgeno spindulių generavimo technologijų potencialą. Toks progresas gali būti pritaikytas plačiai – nuo orų prognozės tobulinimo iki naujų diagnostikos įrankių mokslo tyrimams vystymo.
Šis proveržis taip pat rodo universalią mokslo tendenciją: didžiausi atsakymai neretai gimsta iš aiškių, paprastų idėjų. Kaip ir pastarosiose statinės elektros ar kitų kasdienių reiškinių studijose, pradinis aiškus metodas dažnai leidžia pasiekti reikšmingų rezultatų – nors šių modelių matematiniai sprendimai išlieka itin sudėtingi.
Išvados
Šis novatoriškas tyrimas žymi esminį lūžį suprantant vieną įspūdingiausių gamtos reiškinių – žaibą. Pasitelkę pažangius matematinius modelius ir juos suderinę su stebėjimų duomenimis, mokslininkai išnarpliojo sudėtingą procesų seką, vedančią prie žaibo iškrovos. Tai ne tik sustiprina mūsų žinias apie žaibo ir perkūnijos dinamiką, bet ir atveria naujas technologinių inovacijų bei saugesnių orų prognozių galimybes. Ateityje, tobulėjant tyrimams, mūsų gebėjimas prognozuoti, valdyti ir apsisaugoti nuo žaibo taps dar pažangesnis, pabrėžiant stiprią teorinių mokslų ir realaus pasaulio sąveiką.
Quelle: gizmodo
Kommentare