22 października 2017 r. Chmury burzowe gromadzące się nad środkowymi Stanami Zjednoczonymi wyzwoliły błyskawicę tak ogromną, że oświetliły niebo nad Teksasem, Oklahomą i Kansas. Rozciągający się poziomo ponad 310 mil (500 km) w tych trzech stanach wstrząs był tak niespotykany, że grupa naukowców napisała o nim badanie, opisując je jako „megaflash”: był to jeden z najdłuższych zarejestrowanych błysków błyskawicy.
Zwykle zwykłe błyskawice mierzą od zaledwie 0,6 mil do 20 mil (1 i 20 km) długości. Ale jak ujawniły się coraz bardziej zaawansowane techniki mapowania, niektóre naprawdę kolosalne śruby trzaskają nad naszymi głowami. Ostatnie odkrycia rodzą interesujące pytanie: jak duża może być błyskawica? I czy powinniśmy się martwić o atmosferyczne ciężkie wagi?
Błyskawica pojawia się w chmurach burzowych, gdy silny silny ładunek dodatni powstaje w jednym obszarze chmury, a silny ujemny ładunek rozwija się w innym, tworząc między sobą siły elektryczne. „Błysk pioruna zostaje zainicjowany w regionie, w którym siły elektryczne są wyjątkowo silne. Stają się na tyle silne, że powietrze nie jest już w stanie wytrzymać siły elektrycznej i rozpada się”, powiedział Don MacGorman, fizyk i starszy badacz na Oceanie Narodowym i Administracja Atmosferyczna (NOAA) oraz autor artykułu na temat megaflash 2017.
Oznacza to, że wraz ze wzrostem siły elektrycznej rozkłada ona moc izolacyjną powietrza, co zwykle oddziela obszary o różnym ładunku od siebie. Naukowcy uważają, że dzieje się tak, ponieważ gromadzenie nadmiernej siły elektrycznej zaczyna przyspieszać wolne elektrony w powietrzu - te niepowiązane z atomem ani cząsteczką - które z kolei wybijają inne elektrony z atomów i cząsteczek, wyjaśnia MacGorman. Trwa to nadal, przyspieszając coraz więcej elektronów: „Naukowcy nazywają ten proces lawiną elektronów, i to właśnie mamy na myśli, gdy mówimy, że powietrze się rozpada”, powiedział MacGorman Live Live.
To ostatecznie tworzy bardzo gorący kanał w powietrzu, który działa jak drut, którego końce rosną na zewnątrz w kierunku dodatnich i ujemnych ładunków, które spowodowały awarię. Rosnący kanał ostatecznie łączy ładunki dodatnie i ujemne, a kiedy to robi, wyzwala ogromny prąd elektryczny znany jako błyskawica.
„Pomyśl o tym jak o olbrzymiej iskrze, która wyrosła z chmury” - powiedział MacGorman.
Czasami dolny obszar chmury, który zwykle zawiera ładunek dodatni, sam nie ma wystarczającego ładunku, aby zatrzymać kanał. Piorun nadal rośnie, rozciągając się w dół w kierunku ziemi. W tym celu wyciąga iskrę skierowaną w górę z ziemi, aby go spotkać - wyzwalając błyskawicę z ogromnymi prądami elektrycznymi, które przenoszą część ładunku burzy na ziemię. Te kanały od chmur do ziemi są tym, co większość z nas zwykle wyobraża sobie, gdy myślimy o błyskawicy; te żywe widelce, które uderzają w Ziemię.
Ale jakie czynniki ograniczają rozmiar tych ogromnych śrub?
Naukowcy od dziesięcioleci próbują odpowiedzieć na to pytanie. W pionie zasięg błysku jest ograniczony przez wysokość chmury burzowej lub odległość od ziemi do jej szczytu - który wynosi około 12 mil (20 km) w najwyższym punkcie. Ale w poziomie rozbudowany system chmur zapewnia znacznie więcej miejsca do zabawy.
W 1956 roku meteorolog o nazwisku Myron Ligda zademonstrował to, gdy użył radaru do wykrycia najdłuższego błysku pioruna, jaki kiedykolwiek zarejestrowano w tym momencie: śruby, która rozciąga się na odległość 60 mil (100 km).
Następnie w 2007 r. Naukowcy pobili rekord, identyfikując błyskawicę nad stanem Oklahomy, który mierzył 321 km długości. Ostatnie badania MacGormana i jego współpracowników wyrzuciły tę liczbę z parku. Obliczono, że światło emitowane przez ten błysk było tak silne, że oświetlało powierzchnię 26 000 mil kwadratowych (67 845 kilometrów kwadratowych). Ale nawet ten błysk został teraz przekroczony: inne ostatnie badanie w czasopiśmie JGR Atmospheres opisuje błysk o długości 418 mil (673 km).
Takie megaflasze są rzadkie. Ale teraz, gdy mamy technologię ich wykrywania, częściej je znajdujemy. Zamiast polegać tylko na naziemnych systemach wykorzystujących anteny i radary do wykrywania błyskawic, eksperci zaczęli obserwować je z zupełnie innego punktu obserwacyjnego: satelitów. Oba ostatnie bijące rekordy błyski zostały zmierzone za pomocą technologii zwanej Geostationary Lightning Mapper, czujnikiem obecnym na dwóch satelitach krążących wokół Ziemi, który zapewnia rozległy obraz poniższych systemów burzowych.
„Ten system reaguje na światło emitowane z wierzchołka chmury, więc widzimy światło z błyskawic i możemy je następnie odwzorować, prawie na całej półkuli” - powiedział MacGorman.
W połączeniu z danymi z naziemnego systemu o nazwie Lightning Mapping Array, te wysokiej rozdzielczości wizualne dane satelitarne namalowały obraz ogromnego zasięgu błyskawicy w październiku 2017 r.
Nadal jednak nie wiemy dokładnie, jak rosną tak ogromne iluminacje elektryczne. Naukowcy uważają, że rozmiar chmury jest jednym z czynników, ponieważ im większy system chmur, tym większy potencjał wystąpienia w nim błyskawic. MacGorman dodaje również, że wymagane są pewne „procesy mezoskalowe - przepływy wiatru na dużą skalę, które pozwalają na powiązanie tego systemu przez długi czas”.
Więc z sceną wyznaczoną przez te chmury potworów, co tak naprawdę się w nich dzieje? „Te megaflasze wydają się być ciągłą sekwencją wyładowań w bardzo bliskich odstępach czasu” - powiedział Christopher Emersic, pracownik naukowy, który studiuje elektryzację burzy z piorunami na Uniwersytecie w Manchesterze w Wielkiej Brytanii…
Stawia on hipotezę, że jeśli system chmurowy jest silnie naładowany na dużym obszarze, seria wyładowań może się przez niego rozprzestrzeniać jak linia spadających domino. „Jeśli domina są skonfigurowane bez zbyt dużej luki, jedna wyzwala drugą w dużej serii topple. W przeciwnym razie„ zawiedzie ”, aw tym przypadku dostaniesz tylko mniejsze zjawisko błyskawicy przestrzennej niż megaflash” Emersic powiedział Live Science.
Im większa chmura nadrzędna, tym większa szansa na kontynuowanie rozprzestrzeniania się zrzutu. „Dlatego też megaflaski mogą być w zasadzie tak duże, jak chmura macierzysta, skoro struktura ładunków powinna sprzyjać” - powiedział Emersic.
Oznacza to również, że prawdopodobnie są tam znacznie większe błyski niż widzieliśmy. „Burze mogą być większe niż” - powiedział MacGorman.
Innymi słowy, wciąż nie wiemy dokładnie, jak duża może być błyskawica.
Pomimo apokaliptycznego obrazu, który malują, megaflaski niekoniecznie są bardziej niebezpieczne niż zwykłe błyskawice: „Rozległy przestrzennie błysk niekoniecznie oznacza, że przenosi więcej energii” - wyjaśnił Emersic.
To powiedziawszy, ponieważ systemy chmurowe, z których pochodzą, są tak rozległe, uderzenia megaflash mogą być trudne do przewidzenia.
„Takie zdarzenia często mogą prowadzić do uderzeń w ziemię z dala od głównej działalności odgromowej w rdzeniu konwekcyjnym” - powiedział Emersic. „Ktoś na ziemi mógłby pomyśleć, że burza minęła, ale może być zaskoczony jednym z tych przestrzennie rozległych wyładowań pozornie znikąd”.
Emersic powiedział, że możliwe jest również, że w ocieplającym się świecie może nastąpić wzrost rodzajów burz, które powodują powstawanie megaflashes. „I tak pośrednio, że może to zwiększyć prawdopodobieństwo warunków, a tym samym zwiększyć ich częstotliwość”.
Na razie jednak megaflaski nie są tak częste: MacGorman szacuje, że stanowią one tylko około 1% błyskawic. Niemniej jednak badacze tacy jak on będą polować - i bez wątpienia odkrywać - jeszcze większe potwory, które możemy podziwiać.
