گروهی از پژوهشگران به رهبری ویکتور پاسکو، استاد مهندسی برق در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، موفق شدند یکی از رازهای دیرینه علم جوّشناسی را حل کنند، رعد و برق چگونه درون ابرهای طوفانی آغاز می‌شود؟

به گزارش خبرگزاری ایمنا و به نقل از نیچر، این پژوهش که در تاریخ بیست‌وهشتم ژوئیه در مجله Journal of Geophysical Research منتشر شده، نخستین توضیح کمّی و برپایه فیزیک را برای چگونگی شروع رعد و برق ارائه می‌دهد. پژوهشگران نشان دادند که میدان‌های الکتریکی قوی درون ابرها، الکترون‌ها را شتاب می‌دهند تا با مولکول‌های هوا از جمله نیتروژن و اکسیژن برخورد کنند. این برخوردها موجب تولید پرتوهای ایکس و آغاز واکنش زنجیره‌ای عظیمی از الکترون‌ها و فوتون‌های پرانرژی می‌شود که در نهایت منجر به شکل‌گیری رعد و برق می‌گردد.

پاسکو درباره یافته‌های جدید گفت: ما توانستیم برای نخستین‌بار، پیوند دقیق و کمی بین پرتوهای ایکس، میدان‌های الکتریکی و پدیده‌ی افزایش الکترونی را نشان دهیم و توضیح دهیم که جرقه‌های رعد و برق چگونه شکل می‌گیرند.

این تیم با استفاده از مدل‌سازی ریاضی، شرایط واقعی ثبت‌شده در طبیعت را بازسازی کرد؛ پدیده‌ای که طی آن الکترون‌های پرانرژی حاصل از پرتوهای کیهانی در میدان‌های الکتریکی طوفان‌های تندری چند برابر می‌شوند و پرتوهای گامای زمینی (Terrestrial Gamma-Ray Flashes) تولید می‌کنند. زید پرویز، دانشجوی دکتری مهندسی برق و از اعضای تیم تحقیقاتی، با کمک این مدل توانست داده‌های میدانی را با شرایط شبیه‌سازی شده تطبیق دهد، این داده‌ها توسط سنسورهای زمینی، ماهواره‌ها و هواپیماهای ویژه در ارتفاع بالا جمع‌آوری شده‌اند؛ او گفت «ما توانستیم توضیح دهیم که این رویدادهای فوتوالکتریک چگونه رخ می‌دهند، چه شرایطی درون ابرها لازم است تا واکنش زنجیره‌ای الکترونی آغاز شود و منشأ سیگنال‌های رادیویی متنوعی که پیش از وقوع رعد و برق در ابرها ثبت می‌شوند، چیست.»

مدلی که در این تحقیق استفاده شده، «مدل تخلیه بازخورد فوتوالکتریک» (Photoelectric Feedback Discharge) نام دارد و در سال ۲۰۲۳ توسط تیم پاسکو معرفی شده بود، معادلات این مدل در مقاله منتشر شده، در اختیار دیگر پژوهشگران نیز قرار گرفته است.

از دیگر نتایج مهم این تحقیق، توضیح علت وقوع پرتوهای گامای زمینی بدون درخشش نوری یا انفجارهای رادیویی است که به‌طور معمول با رعد و برق همراه هستند، به گفته پاسکو، این رویدادهای پرانرژی می‌توانند در حجم‌های بسیار کوچک و در شرایطی با انتشار نوری و رادیویی ضعیف شکل بگیرند، به همین دلیل در بسیاری موارد از دید چشم انسان و حتی تجهیزات معمولی پنهان می‌مانند؛ در این تحقیق، علاوه بر دانشمندان دانشگاه پن‌استیت، پژوهشگرانی از فرانسه، جمهوری چک، دانمارک و ناسا نیز مشارکت داشته‌اند. این پروژه با حمایت مالی بنیاد ملی علوم آمریکا (NSF)، مرکز ملی مطالعات فضایی فرانسه (CNES)، مؤسسه دانشگاهی فرانسه و وزارت دفاع جمهوری چک انجام شده است.

کد خبر 890833