Bilim adamları uzun süredir şimşeklerin nasıl vurulduğunu anlasalar da, onu Thunderclouds içinde tetikleyen kesin atmosferik olaylar şaşırtıcı bir gizem olarak kaldı. Penn Eyalet Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Okulu’nda Elektrik Mühendisliği Profesörü Victor Pasko liderliğindeki bir araştırmacı ekibi sayesinde, yıldırımını tetikleyen güçlü zincir reaksiyonunu ortaya çıkaran bir araştırmacı ekibi sayesinde gizem çözülebilir.
Bugün (28 Temmuz) yayınlanan çalışmada Jeofizik Araştırma DergisiYazarlar, gök gürültüsünde güçlü elektrik alanlarının nasıl belirlediklerini, azot ve oksijen gibi moleküllere çarpan, X-ışınları üreten ve ek elektron ve yüksek enerjili fotonların bir tufanı başlatan elektronları nasıl hızlandırdıklarını açıkladılar-yıldırım cıvatalarının doğduğu mükemmel fırtına.
Pasko, “Bulgularımız, Lightning’in doğada nasıl başlamış olduğu konusunda ilk kesin, nicel açıklamayı sunuyor.” Dedi. “X-ışınları, elektrik alanları ve elektron çığ fiziği arasındaki noktaları birleştiriyor.”
Ekip, yeryüzündeki atmosfere giren kozmik ışınlar tarafından tohumlanan, fırtına elektrik alanlarında çarpın ve kısa yüksek enerjili foton patlamaları yaymak için yeryüzünün atmosferindeki fotoelektrik fenomenlerin saha gözlemlerini doğrulamak ve açıklamak için matematiksel modelleme kullandı. Karasal gama ışını flaşı olarak bilinen bu fenomen, görünmez, doğal olarak oluşan X-ışınları ve beraberindeki radyo emisyonlarını içerir.
Pasko, “Bu alanda gözlemlenen koşulları tekrarlayan modelimizle koşulları simüle ederek, ThunderClouds içinde bulunan röntgen ve radyo emisyonları için tam bir açıklama sunduk.” Dedi.
“Thunderclouds’taki güçlü elektrik alanları tarafından hızlandırılan elektronların, azot ve oksijen gibi hava molekülleriyle çarpışırken röntgen ürettiklerini ve yıldırım başlatan yüksek enerjili fotonlar üreten bir elektron çığ ürettiklerini gösterdik.”
Elektrik mühendisliği doktora öğrencisi olan Zaid Perkez, modeli, yer tabanlı sensörler, uydular ve yüksek irtifa casus uçakları kullanan diğer araştırma grupları tarafından toplanan saha gözlemlerine uymak için kullandı.
Pertez, “Fotoelektrik olayların nasıl gerçekleştiğini, elektronların kaskadını başlatmak için Thunderclouds’ta hangi koşulların olması gerektiğini ve bir yıldırım grevinden önce bulutlarda gözlemlediğimiz çok çeşitli radyo sinyallerine neden olduğunu açıkladık.” Dedi.
“Yıldırım inisiyasyonu hakkındaki açıklamamızı doğrulamak için, sonuçlarımızı önceki modelleme, gözlem çalışmaları ve genellikle Thunderclouds’daki küçük, lokalize bölgelerde meydana gelen kompakt intercloud deşarjları adı verilen bir tür yıldırım üzerindeki kendi çalışmamla karşılaştırdım.”
Pasko ve ortak çalışanları tarafından 2023 yılında yayınlanan model, fotoelektrik geri besleme deşarjı, bir yıldırım cıvatasının ortaya çıkabileceği fiziksel koşulları simüle ediyor. Modeli oluşturmak için kullanılan denklemler, diğer araştırmacıların kendi çalışmalarında kullanmaları için makalede mevcuttur.
Araştırmacılar, yıldırım inisiyasyonunu ortaya çıkarmanın yanı sıra, karasal gama ışını flaşlarının neden fırtınalı havalarda şimşek imzası olan ışık ve radyo patlamaları flaşları olmadan neden üretildiğini açıkladılar.
Pasko, “Modellememizde, göreli elektron çığları tarafından üretilen yüksek enerjili X-ışınları, havadaki fotoelektrik etki tarafından yönlendirilen yeni tohum elektronları üreterek bu çığları hızla yükseltiyor.” Dedi.
“Çok kompakt hacimlerde üretilmenin yanı sıra, bu kaçak zincir reaksiyonu oldukça değişken bir mukavemetle ortaya çıkabilir, genellikle tespit edilebilir X-ışın seviyelerine yol açarken, çok zayıf optik ve radyo emisyonları eşliğinde. Bu, bu gama ışını flaşlarının neden optik olarak loş ve radyo sessiz görünen kaynak bölgelerden çıkabileceğini açıklar.”
Pasko ve Perkez’e ek olarak, ortak yazarlar arasında Fransa Orléans Üniversitesi Fizik Profesörü Sebastien Celestin; Anne Bourdon, École Polytechnique, Fransa araştırma direktörü; NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi ve Penn State’teki Pasko yönetimindeki eski doktora sonrası bilim adamı Reza Janalizadeh; Jaroslav Jansky, Brno Teknoloji Üniversitesi, Çek Cumhuriyeti’nde Elektrik Mühendisliği ve İletişim Yardımcı Doçenti; ve Danimarka Teknik Üniversitesi’nde Astrofizik ve Atmosfer Fiziği Doktora sonrası Bilgin Pierre Gourbin.
