Λιπαίνουν οι Κοσμικές Ακτίνες τον κεραυνό;
Κανείς δεν ξέρει ακριβώς τι πυροδοτεί τους κεραυνούς. Τώρα, δύο Ρώσοι ερευνητές λένε ότι αυτές οι εκκενώσεις ενός δισεκατομμυρίου βολτ ή περισσότερων θα μπορούσαν να προκληθούν από την αλληλεπίδραση των κοσμικών ακτίνων - σωματιδίων υψηλής ενέργειας από το διάστημα - με σταγονίδια νερού στα σύννεφα.
Οι κοσμικές ακτίνες δημιουργούνται βαθιά στο διάστημα από ισχυρά γεγονότα όπως συγκρούσεις αστέρων, εκρήξεις ακτίνων γάμμα και σουπερνόβα. Αυτοί οι κατακλυσμοί επιταχύνουν φορτισμένα σωματίδια -κυρίως πρωτόνια- σε πολύ υψηλές ενέργειες. Οι ακτίνες μεγεθύνονται στο διάστημα και αυτές που χτυπούν την ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης δημιουργούν αόρατες αλλά εξαιρετικά ενεργητικές βροχές αέρα ιονισμένων σωματιδίων και ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.
Η ιδέα ότι αυτά τα ντους αέρα θα μπορούσαν να προκαλέσουν κεραυνούς όταν περνούν μέσα από ένα κεραυνό υπάρχει εδώ και 2 δεκαετίες. Το 1992, ο Ρώσος φυσικός Alexandr Gurevich από το Φυσικό Ινστιτούτο Lebedev στη Μόσχα πρότεινε ότι τα σωματίδια υψηλής ενέργειας που παράγονται από μια κρούση κοσμικής ακτίνας ιονίζουν τον αέρα στα σύννεφα, δημιουργώντας μια περιοχή με πολλά ελεύθερα ηλεκτρόνια. Το ηλεκτρικό πεδίο του κεραυνού επιταχύνει τα ηλεκτρόνια σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός, ωθώντας τα σε πολύ υψηλές ενέργειες. Στη συνέχεια, τα ηλεκτρόνια συγκρούονται με άτομα στον αέρα, δημιουργώντας ακόμη περισσότερα ηλεκτρόνια, καθώς και ακτίνες Χ και ακτίνες γάμμα. Αυτή η χιονοστιβάδα σωματιδίων υψηλής ενέργειας στο σύννεφο - την οποία ο Γκούρεβιτς αποκαλεί "διάσπαση δραπέτης" - παρέχει ιδανικές συνθήκες αγωγής για κεραυνούς.
Ερευνητές σε όλο τον κόσμο έχουν συζητήσει την ιδέα του Gurevich από τότε που την παρουσίασε, λέει ο Joseph Dwyer, επιστήμονας κεραυνών στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Φλόριντα στη Μελβούρνη που δεν συμμετείχε στη μελέτη. Αλλά ο Γκούρεβιτς δεν έχει βρει συγκεκριμένες αποδείξεις ότι οι κοσμικές ακτίνες είναι οι ένοχοι. Τα ραδιοκύματα θα μπορούσαν να δώσουν μια ένδειξη, λέει ο Dwyer:Καταρράκτες ηλεκτρονίων κατά την έναρξη ενός κεραυνού θα πρέπει να παράγουν ραδιοκύματα. "Η κοινότητα των κοσμικών ακτίνων γνώριζε ότι οι κοσμικές ακτίνες δημιουργούν ραδιοκύματα και όταν υπάρχουν καταιγίδες γύρω, έχει δει ότι λαμβάνετε περισσότερους από αυτούς τους ραδιοπαλμούς", λέει ο Dwyer. "Αλλά κανείς δεν έχει κλείσει ακόμα τον βρόχο και πραγματικά έχει δείξει ότι οι βροχές αέρα που περνούν από το ηλεκτρικό πεδίο [ενός κεραυνού] που παράγουν αυτά τα διαφυγόντα ηλεκτρόνια είναι αυτά που το κάνουν."
Για να δοκιμάσουν την ιδέα, ο Gurevich και ο Ρώσος συνάδελφός του Anatoly Karashtin του Ινστιτούτου Ραδιοφυσικών Ερευνών στο Nizhny Novgorod ανέλυσαν δεδομένα από 3800 κεραυνούς από σύννεφο σε έδαφος που καταγράφηκαν στη Ρωσία και το Καζακστάν. Χρησιμοποίησαν ένα ραδιοσυμβολόμετρο, το οποίο μετρά τα ραδιοκύματα και δείχνει από ποια κατεύθυνση προέρχονται και μελέτησαν τους ραδιοπαλμούς που παράγονται κατά την έναρξη του κεραυνού.
Τα αποτελέσματα, αναφέρθηκαν αυτήν την εβδομάδα στο Physical Review Letters , δείχνουν ότι τα σύννεφα καταιγίδας εκπέμπουν «εκατοντάδες ή χιλιάδες» σύντομους, ισχυρούς ραδιοπαλμούς λίγο πριν χτυπήσει κεραυνός. Το σχήμα τους, λένε οι ερευνητές, ταιριάζει με τα μοντέλα φυγής διάσπασής τους που προκαλούνται από ενεργητικές κοσμικές ακτίνες. Αλλά υπάρχει ένα πρόβλημα:Οι κοσμικές ακτίνες με αρκετή ενέργεια είναι πολύ σπάνιες για να ενεργοποιήσουν όλους τους παλμούς που παρατήρησαν οι Γκούρεβιτς και Καράστιν.
Οι λεγόμενοι υδρομετεωρίτες - χαλάζι και σταγονίδια νερού σε κάθε σύννεφο - μπορεί να ενισχύουν τους παλμούς, λένε οι ερευνητές. Όταν τα ελεύθερα ηλεκτρόνια που δημιουργούνται από τα σωματίδια της κοσμικής ακτίνας περνούν κοντά σε αυτούς τους υδρομετεωρίτες, προτείνουν οι Gurevich και Karashtin, πυροδοτούν μια αναταραχή μικροεκφορτίσεων που ενισχύουν τόσο το ρεύμα όσο και το ραδιοπαλμικό σήμα.
Αλλά ο επιστήμονας κεραυνών Clive Saunders από το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ στο Ηνωμένο Βασίλειο παραμένει πεπεισμένος ότι οι κοσμικές ακτίνες παίζουν ρόλο στους κεραυνούς. «Δεν έχουν δείξει συσχέτιση μεταξύ της δραστηριότητας των κεραυνών και του ρυθμού άφιξης των κοσμικών ακτίνων στη γη», λέει.
Αυτός ο ρυθμός αυξάνεται και μειώνεται με την πάροδο του χρόνου με τον 11ετή κύκλο της ηλιακής δραστηριότητας. Όταν ο ηλιακός άνεμος είναι ισχυρότερος, στο ηλιακό μέγιστο, εκτρέπει περισσότερες κοσμικές ακτίνες από τη Γη. Εάν οι κοσμικές ακτίνες βρίσκονται πίσω από τις καταιγίδες, υποστηρίζει ο Saunders, η συχνότητα των καταιγίδων θα πρέπει να ακολουθεί έναν παρόμοιο κύκλο. «Μέχρι να μπορέσουν να αποδείξουν αυτή τη συσχέτιση, αυτό αφήνει ένα θεμελιώδες ερώτημα για την όλη ιδέα», λέει.
Οι περισσότεροι ερευνητές, λέει ο Saunders, κλίνουν προς μια άλλη θεωρία:Ο κεραυνός συμβαίνει όταν οι συγκρούσεις μεταξύ κρυστάλλων πάγου και χαλαζόπετρων στα σύννεφα καταιγίδας διαχωρίζουν αρκετό ηλεκτρικό φορτίο για να προκαλέσουν υψηλό ηλεκτρικό πεδίο. Αυτή η διαδικασία από μόνη της μπορεί να ιονίσει τον αέρα αρκετά ώστε να σχηματιστεί ένας κεραυνός, λέει — δεν απαιτούνται κοσμικές ακτίνες.
Ο Dwyer λέει ότι θα πρέπει να είναι δυνατό να διευθετηθεί η διαφορά χρησιμοποιώντας έναν ανιχνευτή για ντους αέρα κοσμικής ακτίνας γνωστό ως τηλεσκόπιο Cherenkov. «Αυτό που χρειαζόμαστε πραγματικά είναι να έχουμε αυτές τις συστοιχίες ντους αέρα που μετρούν τις κοσμικές ακτίνες αέρα που περνάνε, μετρούν τα ραδιοκύματα, μετρούν τους παλμούς και τα συνδυάζουν όλα», λέει.
