Åskväder håller förbluffande hög spänning

February 16, 2022 paramo Svenska Artiklar 0

Att köra ett åskväder är kraftfulla bommar och spännande ljusshower otroligt höga elektriska spänningar. Faktum är att dessa spänningar kan vara mycket högre än vad forskare hade antagit. Forskare upptäckte nyligen detta genom att observera ett osynligt duggregn av subatomära partiklar.

Förklarare: Partikelzoo

Deras nya mätning visade att ett molns elektriska potential kunde nå 1,3 miljarder volt. (Elektrisk potential är mängden arbete som krävs för att flytta en elektrisk laddning från en del av molnet till en annan.) Det är 10 gånger den största storm-molnspänning som tidigare hittats.

Sunil Gupta är fysiker vid Tata Institute of Fundamental Research i Mumbai, Indien. Teamet studerade insidan av en storm i södra Indien i december 2014. För att göra detta använde de subatomära partiklar som kallas myoner (MYOO-ahnz). De är tyngre släktingar till elektroner. Och de regnar ständigt ner på jordens yta.

Höga spänningar i molnen tänder blixtar. Men även om åskväder ofta rasar över våra huvuden, “har vi verkligen inte bra koll på vad som händer inuti dem”, säger Joseph Dwyer. Han är fysiker vid University of New Hampshire i Durham som inte var involverad i den nya forskningen.

Den tidigare högsta spänningen i en storm mättes med en ballong. Men ballonger och flygplan kan bara övervaka en del av ett moln på en gång. Det gör det svårt att få en exakt mätning av hela stormen. Däremot drar myonerna rakt igenom, från topp till botten. De som blir “en perfekt sond för att mäta elektrisk potential”, förklarar Gupta.

DRUV-3-experimentet, som visas här, mäter myoner som faller till jorden. Under åskväder hittar detektorerna färre av dessa elektriskt laddade partiklar. Det hjälpte forskare att studera stormmolns inre funktion.

The GRAPES-3 experiment

Moln bromsar myonregnet

Guptas team studerade ett experiment i Ooty, Indien. Kallas GRAPES-3 och mäter myoner. Och i allmänhet spelade den in cirka 2,5 miljoner myoner varje minut. Under åskväder sjönk dock den takten. Eftersom myonerna är elektriskt laddade tenderar de att bromsas av ett åskväders elektriska fält. När de där små partiklarna äntligen når forskarnas detektorer har färre nu tillräckligt med energi för att registrera sig.

Forskarna tittade på fallet i myoner under stormen 2014. De använde datormodeller för att ta reda på hur mycket elektrisk potential stormen behövde för att visa den effekten på myoner. Teamet uppskattade också stormens elektriska kraft. De fann att det var cirka 2 miljarder watt! Det liknar resultatet från en stor kärnreaktor.

Förklarare: Vad är en datormodell?

Resultatet är “potentiellt mycket viktigt”, säger Dwyer. Men, tillägger han, “med allt som är nytt måste du vänta och se vad som händer med ytterligare mätningar.” Och forskarnas simulerade åskväder – den som studerades i modellen – förenklades, konstaterar Dwyer. Den hade bara ett område med positiv laddning och ett annat negativt laddat område. Verkliga åskväder är mer komplexa än så här.

Om ytterligare forskning bekräftar att åskväder kan ha så höga spänningar kan det förklara en förbryllande observation. Vissa stormar skickar utbrott av högenergiljus, som kallas gammastrålar, uppåt. Men forskarna förstår inte helt hur detta händer. Om åskväder verkligen når upp till en miljard volt kan det förklara det mystiska ljuset.

Gupta och hans kollegor beskriver sina nya rön i en studie som ska dyka upp i

Fysiska granskningsbrev.

Redaktörens anmärkning: Den här historien uppdaterades 29 mars 2019 för att korrigera definitionen av molnets elektriska potential. Elektrisk potential är mängden arbete som krävs för att flytta en elektrisk laddning, inte en elektron.