Atskleidžiant žaibo paslaptis: naujausi atradimai apie gamtos fenomeną

Žaibo paslapčių atskleidimas

Žaibas nuo seno žavėjo ir baugino žmoniją. Nepaisant to, kad žaibo iškrova dažnai lydi audras visame pasaulyje, tiksli fizinių įvykių grandinė, sukelianti žaibo smūgį, ilgą laiką išliko paslaptimi. Šiandien inžinierių ir atmosferos mokslininkų komanda, naudodama pažangius matematinius modelius, pateikė naują žvilgsnį į žaibo kilmę ir išaiškino procesus, vykstančius audros debesų viršuje.

Matematinių modelių vaidmuo žaibo tyrimuose

Pensilvanijos valstijos universiteto mokslininkai kartu su partneriais pasitelkė pažangias matematines simuliacijas, kad išanalizuotų mikroskopinius reiškinius perkūnijos debesyse. Tyrimo rezultatai, publikuoti žurnale „Journal of Geophysical Research“, atskleidė, jog stiprūs elektriniai laukai šiose debesyse pagreitina elektronus iki milžiniško greičio. Energizuoti elektronai sukelia rentgeno ir aukštos energijos fotonų srautus, kurių kulminacija – žemėje stebimas įspūdingas žaibo žybsnis.

Tyrimo vadovas, elektros inžinierius Viktoras Pasko, matematinį modelį pirmą kartą sukūrė 2023 metais. Dabartinis tyrimas ženkliai patobulino šį modelį, leidžiant ne tik tiksliau modeliuoti, bet ir prognozuoti žaibo reiškinius. Siekdama patvirtinti modelio patikimumą, mokslininkų komanda lygino teorines prognozes su realiais duomenimis, surinktais iš žeminių žaibo detektorių, palydovų stebėjimų ir specialių aukštuminių orlaivių misijų.

Kas vyksta perkūnijos debesyje: žaibo užgimimas

Pagrindinis atradimas – būtent elektronai, judantys audros debesų elektriniu lauku, atsimuša į azoto ir deguonies molekules ore. Šie susidūrimai sukelia energingų rentgeno spindulių atsiradimą – reiškinį, kuris buvo stebėtas anksčiau, bet iki šiol nebuvo iki galo suprastas. Rentgeno spinduliai sukelia grandininę reakciją arba „laviną“, kai susidaro dar daugiau itin greitų elektronų, stiprinančių energiją visame debesyje. Išsiskyrę šviesos fotonai sukuria ryškų žaibo blyksnį, matomą nuo žemės.

Šie rezultatai padeda paaiškinti ir ilgai neaiškias Terestrinio gama spinduliuotės blyksnių (TGF) paslaptis. TGF – tai trumpi rentgeno bei gama spinduliuotės pliūpsniai, atsirandantys audrų metu, kurių paprasta akimi ar radijo imtuvais nepastebėsime. Pasak Pasko, „be to, kad šios grandininės reakcijos vyksta labai nedidelėse erdvėse, jų stiprumas gali labai skirtis“. Tokios variacijos paaiškina TGF intensyvumo svyravimus ir „regimojoje ar radijo spektro srityje neryškius“ gama blyksnius šalia audros debesų, kuriuose stebima stipri rentgeno spinduliuotė be jokių akivaizdžių optinių ar radijo signalų.

Atmosferos mokslo pažanga ir ateities galimybės

Vienas reikšmingiausių šio tyrimo pasiekimų – pirmųjų visiškai laike kintančių žaibo modelių sukūrimas. Tyrimo bendraautorius, doktorantas Zaid Pervez pabrėžia, kad ankstesni modeliai dažniausiai apsiribodavo siaurais geografiniais regionais ar trumpais laiko intervalais. Nauji modeliai suteikia galimybę palyginti ir analizuoti žaibo reiškinius įvairiuose aukščiuose ir skirtingomis atmosferos sąlygomis, kas leidžia giliau suprasti žaibo fiziką ir atrasti naujų dėsningumų.

Be to, kad šis tyrimas išryškina, kaip formuojasi žaibas ir TGF, jis taip pat rodo galimybes kurti naują rentgeno spinduliuotės generavimo technologiją. Tokios inovacijos ateityje galėtų būti pritaikytos tiek tikslesnėms orų prognozėms, tiek kuriant pažangius diagnostikos instrumentus moksliniams tyrimams.

Šis proveržis primena bendrą mokslinės pažangos principą: didžiausi atsakymai dažnai kyla iš paprastų, aiškių idėjų. Kaip ir tyrimuose apie statinę elektrą ar kitus žinomus fizikos reiškinius, pradedant nuo intuityvaus pagrindo pasiekiami reikšmingi atradimai – nors matematika už šių modelių yra labai sudėtinga.

Išvados

Šis naujoviškas tyrimas žymi svarbų posūkį mūsų žiniomis apie vieną įspūdingiausių gamtos reiškinių. Pasitelkdami modernius matematinius modelius ir realius stebėjimų duomenis, mokslininkai atskleidžia sudėtingą įvykių seką, kuria gimsta žaibas. Šie darbai ne tik praplečia mūsų suvokimą apie audrų ir žaibo fiziką, bet ir atveria naujas galimybes technologinėms inovacijoms ir geresniam meteorologiniam saugumui. Tolesnių tyrimų metu galėsime dar tiksliau numatyti, suprasti ir valdyti žaibo galią, nes teoriniai mokslo laimėjimai vis glaudžiau susipina su praktiniu žmonių gyvenimu.