Phillip Hopkins
0 
4798
633
Toen Benjamin Franklin een sleutel aan een vlieger bond en ermee in een onweer vloog, werd hij kortstondig een apparaat dat was aangesloten op de sterkste stroomgenerator op aarde.
Franklin wist, zoals de meeste mensen, dat onweersbuien ongelooflijk krachtig zijn. Onderzoekers hebben geprobeerd precies te schatten hoe krachtig voor meer dan een eeuw, maar zijn altijd te kort gekomen - zelfs de meest geavanceerde sensoren in de lucht zijn ontoereikend omdat onweerswolken gewoon te groot en onvoorspelbaar zijn om te meten.
Nu, in een artikel gepubliceerd op 15 maart in het tijdschrift Physical Review Letters, hebben onderzoekers in Ooty, India, een schokkend nieuw antwoord bedacht - dankzij een beetje hulp van wat kosmische straling. [Electric Earth: verbluffende bliksembeelden]
Met behulp van een reeks sensoren die zijn ontworpen om elektrische velden en de intensiteit van muonen te meten - zware deeltjes die constant vanuit de bovenste atmosfeer van de aarde naar beneden regenen en vervallen als ze door materie gaan - heeft het team de spanning gemeten van een grote onweerswolk die 18 minuten over Ooty rolde. op 1 december 2014. De onderzoekers ontdekten dat de wolk gemiddeld werd opgeladen met ongeveer 1,3 gigavolts elektriciteit, wat 1,3 keer 10 ^ 9 volt is - ongeveer 10 miljoen keer meer spanning dan wordt geleverd door een normaal stopcontact in Noord Amerika.
"Dit verklaart waarom onweerswolken zo destructief zijn", vertelde co-auteur Sunil Gupta, een onderzoeker naar kosmische straling aan het Indiase Tata Institute of Fundamental Research. "Als je deze enorme hoeveelheid energie ergens doorheen laat stromen, zal dat ernstige verwoesting veroorzaken."
Het regent muonen
Gupta en zijn collega's bestuderen voornamelijk muonen - elektronachtige deeltjes die ontstaan wanneer kosmische straling op verschillende atomen in de atmosfeer van de aarde inslaat. Deze deeltjes hebben ongeveer de helft van de spin van elektronen maar 200 keer het gewicht, en zijn zeer goed in het doordringen van materie. Een muon dat uit de atmosfeer regent, kan in slechts een fractie van een seconde diep in de oceaan of kilometers onder de grond reizen, zolang het maar genoeg energie heeft.
Muonen verliezen hun energie als iets hen in de weg staat, bijvoorbeeld een piramide. Begin 2018 ontdekten wetenschappers twee voorheen onbekende kamers in de Grote Piramide van Gizeh door muondetectoren rond de structuur te plaatsen en te meten waar de deeltjes energie verloren (en niet verloren). Muonen die door de stenen muren van de piramide gingen, verloren meer energie dan muonen die door de grote, lege kamers gingen. Met de resultaten konden de onderzoekers een nieuwe kaart van het interieur van de piramide maken zonder er een voet in te zetten.
Gupta en zijn collega's gebruikten een vergelijkbare methode om de energie in de Ooty-donderwolk in kaart te brengen. In plaats van te kampen met stenen, werden muonen die door de wolk vielen geconfronteerd met een turbulent elektrisch veld.
"Onweersbuien hebben een positief geladen laag aan de bovenkant en een negatief geladen laag aan de onderkant", zei Gupta. "Als een positief geladen muon de wolk raakt terwijl het vanuit de bovenste atmosfeer naar beneden regent, zal het worden afgestoten en energie verliezen." [Infographic: hoe Lightning werkt]
Met behulp van een reeks muon-detecterende sensoren en vier elektrische veldmonitors, verspreid over meerdere kilometers, maten de onderzoekers de gemiddelde energiedaling tussen muonen die door de onweerswolk gingen en de muonen die er niet doorheen gingen. Uit dit energieverlies kon het team berekenen hoeveel elektrisch potentieel de deeltjes waren doorgegaan in de onweerswolk.
Het was enorm.
"Wetenschappers schatten dat onweerswolken een gigavoltpotentieel zouden kunnen hebben in de jaren twintig", zei Gupta, "maar het is nooit bewezen - tot nu toe."
Het onweer in kaart brengen
Toen de onderzoekers het elektrische potentieel van de wolk eenmaal kenden, wilden ze een stap verder gaan en precies meten hoeveel kracht de onweerswolk droeg terwijl hij over Ooty brulde..
Met behulp van de gegevens van hun wijdverspreide elektrische veldmonitors vulde het team enkele belangrijke details in over de wolk - dat wil zeggen met een snelheid van ongeveer 40 mph (60 km / u) op een hoogte van 7 mijl (11,4 kilometer) boven zeeniveau, had een geschatte oppervlakte van 146 vierkante mijl (380 vierkante km, een gebied ongeveer zes keer zo groot als Manhattan), en bereikte zijn maximale elektrische potentieel slechts 6 minuten na het verschijnen.
Gewapend met deze kennis waren de onderzoekers eindelijk in staat om te berekenen dat het onweer ongeveer 2 gigawatt aan stroom droeg, waardoor deze enkele wolk krachtiger was dan de krachtigste kerncentrales ter wereld, zei Gupta..
"De hoeveelheid energie die hier wordt opgeslagen, is genoeg om gedurende 26 minuten te voorzien in alle stroombehoeften van een stad als New York City", zei Gupta. "Als je zou het kunnen gebruiken. "
Met de huidige technologie is dat een onwaarschijnlijk vooruitzicht, merkte Gupta op: de hoeveelheid energie die door zo'n storm wordt gedissipeerd, is zo hoog dat het waarschijnlijk elke geleider zou doen smelten.
Toch zou het gewelddadig krachtige potentieel van onweersbuien kunnen helpen bij het oplossen van een kosmisch mysterie waar wetenschappers zoals Gupta en zijn collega's al decennia om vragen: waarom detecteren satellieten soms hoogenergetische gammastralen die uit de atmosfeer van de aarde schieten, terwijl ze vanuit de ruimte zouden moeten regenen?
Volgens Gupta, als onweersbuien inderdaad een elektrisch potentieel van meer dan één gigavolt kunnen creëren, kunnen ze ook elektronen snel genoeg versnellen om andere atomen in de atmosfeer uit elkaar te halen en gammaflitsen te produceren..
Deze verklaring vereist meer onderzoek om de juistheid ervan te verifiëren, zei Gupta. Zorg er in de tussentijd voor dat je je verwondert over de volgende onweerswolk die je ziet, want het is een ondoorgrondelijk machtige natuurkracht - en denk alsjeblieft twee keer na voordat je gaat vliegeren.
- 5 ongrijpbare deeltjes die op de loer kunnen liggen in het heelal
- Red Sprite Lightning onthuld in verbluffende foto's
- Foto's: de krachtigste stormen in het zonnestelsel
Oorspronkelijk gepubliceerd op .