Električni efekti grmljavine nisu ograničeni samo na visoko u atmosferi. Blizu zemlje, Zemljina atmosfera bruji intenzivnim električnim poljima koja ubrzavaju čestice, bacajući elektrone na načine koji teraju atome da sijaju gama zracima.
Sa vrha planine u Jermeniji, naučnici su pažljivo pogledali ovaj misteriozni meteorološki fenomen.
U postrojenju za kosmičke zrake Nacionalne naučne laboratorije Alikhanian na planini Aragats, fizičar Ašot Čilingarijan i njegove kolege su radili na razumevanju poboljšanja tla usled grmljavine, ili TGE.
Ovo elektromagnetno poboljšanje, kaže Čilingarijan, zanemareno je u istraživanju grmljavine – ali bi moglo biti deo slagalice u našem razumevanju fizičkog univerzuma, od oluja ovde na Zemlji, do kosmičkih zraka koji putuju na velike udaljenosti kroz svemir.
„Svakog dana se dešava 40.000 grmljavina. Brojne mreže koje detektuju atmosferska pražnjenja i sateliti sa preciznim optičkim instrumentima prate bljeskove munja. Ipak, kada smo započeli TGE istraživanje, niko nije pratio ogroman tok mega-elektronvolt (MeV) elektrona koji bombarduju našu planetu i svemir iznad toga“, rekao je Čilingarijan.
„Uspostavili smo mrežu detektora čestica SEVAN pre deset godina da bismo pratili TGE u istočnoj Evropi, Nemačkoj i Jermeniji. Akceleratori elektrona sa energijama od desetina MeV pokrivaju ogromne zapremine u atmosferi i mnogo kvadratnih kilometara na površini Zemlje.
„Ovaj ogroman fluks je praćen životom na Zemlji kroz milijardu godina evolucije i sigurno utiče na sve aspekte geoprostora i biosfere.
TGE se sastoje od električnih polja u atmosferi, generisanih grmljavinom. Unutar ovih električnih polja, elektroni se ubrzavaju do velikih brzina – brzinama koje se približavaju brzini svetlosti u vakuumu, ili relativističkim brzinama.
One su poznate kao relativističke odbegle elektronske lavine, koje pokreće električno polje i prema zemlji i prema gore u atmosferu. Ti elektroni proizvode zračenje.
Kada naglo uspore, odbijeni od sudara sa atomskim jezgrom u atmosferi, gubitak energije se manifestuje kao gama zraci – oblik zračenja poznat kao zračenje kočnog zračenja.
Koristeći svoju mrežu detektora, Čilingarian i njegove kolege prikupili su podatke o olujama sa grmljavinom širom Evrope 2023. godine, izvodeći detaljna merenja elektrona i gama zračenja do kojih je došlo tokom 56 intenzivnih TGE koje su snimili.
Najintenzivniji TGE su se uglavnom odvijali od maja do jula, a najsnažniji je zabeležen na planini Lomnickы štit u Slovačkoj u maju. Za ovaj jedan događaj, fluks čestica je bio 100 puta veći od normalnog nivoa za lepo vreme. Ukupno je bilo sedam događaja koji su premašili vremenske prilike za više od 75 odsto.
„Mi merimo stabilan tok elektrona na površini Zemlje, pokrivajući sto hiljada kvadratnih metara. Neki mehanizam obezbeđuje ovu stabilnost na minut ili više“, objasnio je Čilingarian.
„Ogroman elektronski snop se pojavljuje u grmljavinskom oblaku, gde se struktura naelektrisanja menja na skali drugog vremena. Atmosferska pražnjenja ubijaju potencijalnu razliku, ali fluks je stabilan. Bilo je uzbudljivo meriti!“
Iznenađujuće, istraživači su takođe otkrili da je električno polje mnogo bliže zemlji nego što su očekivali. Izmerili su jaku jačinu električnog polja do 50 metara (164 stope) iznad zemlje.
„Ovo otkriće je bilo zapanjujuće za meteorologe, koji u to nisu verovali sve dok nismo predstavili iscrpan dokaz“, primetio je Čilingarian.
Konzistentnost ubrzanja, sposobnog da održi fluks čestica i do nekoliko minuta, kao i mala visina električnog polja, otkriva nove detalje o strukturi atmosferskih električnih polja, i grmljavine, koje ranije nismo znali.
Na primer, TGE mogu da obezbede put kojim udari groma mogu da dođu do tla. I njihovu ulogu u geofizici treba istražiti. Istraživači su stavili na raspolaganje TGE bazu podataka otvorenog pristupa naučnoj zajednici za istraživanje i analizu.
Njihovo istraživanje grmljavine samo je deo posla koji se obavlja na Aragcu. Ove godine, Sunce je dostiglo pomamu dok se približava solarnom maksimumu, vrhuncu svog ciklusa aktivnosti, šaljući čestice koje izbacuju u svemir pokretane koronalnim izbacivanjem mase.
Čilingarian i njegove kolege su takođe otkrili solarne događaje pomoću opreme na vrhu planine, objavivši tri rada od kojih je četvrti u toku.
„Nasilne eksplozije u našoj galaksiji takođe šalju čestice ultra visoke energije u Sunčev sistem. Nedavno su otkriveni Pevatroni, izvori gama zraka od 10 15 eV. Kritički smo analizirali ovo otkriće na osnovu našeg znanja o atmosferskoj fizici“, rekao je Čilingarian.
„Sinergija atmosferskih, svemirskih i solarnih akceleratora je važna za razumevanje prirode!“
