Nors žaibas atrodo kaip staigus šviesos pliūpsnis danguje, iš tikrųjų jo kilmė slypi nematomame energijos sūkuryje, kuriame dalyvauja kosminės spinduliuotės dalelės, rentgeno spinduliai ir didelės energijos elektronai.
Naujame tyrime mokslininkai iš Pensilvanijos valstybinio universiteto pagaliau atskleidė paslaptingą procesą, kuris vyksta audros debesyse dar prieš žaibui trenkiant į žemę. Jų atradimas leidžia išsamiai suprasti, kaip iš pradžių nematoma grandinė dalelių sąveikų galiausiai iššaukia žaibo smūgį.
Žaibo smūgio mechanizmas ilgą laiką buvo žinomas, tačiau tai, kas tiksliai paskatina žaibo susidarymą audros debesyse, išliko paslaptimi. Mokslininkų komanda, vadovaujama elektros inžinerijos profesoriaus Viktoro Pasko iš Pensilvanijos universiteto, atliko tyrimą, kuris padėjo paaiškinti šį procesą iki smulkiausių detalių.
Jų teigimu, galingas elektrinis laukas audros debesyse pagreitina laisvuosius elektronus, kurie atsitrenkę į deguonies ir azoto molekules sukuria rentgeno spindulius ir inicijuoja naujų elektronų bei fotonų pliūpsnį. Ši grandinė lemia sąlygas, tinkamas žaibo susidarymui.
Šis reiškinys vadinamas fotoelektriniu grįžtamuoju ryšiu. Tai tarsi nematoma lavina, kuri prasideda be šviesos ar garso, bet joje dalyvauja daugybė itin greitų dalelių. Elektronų lavina sąveikauja su oro molekulėmis, kurdama vis daugiau aukštos energijos fotonų, kol galiausiai susiformuoja sąlygos, leidžiančios žaibui išsiveržti į žemę.
Tai reiškinys, kuris ilgą laiką liko nepastebėtas dėl to, kad dažnai nepalieka jokių matomų ženklų.
Skaitmeniniai modeliai leidžia tiksliai atkurti reiškinį
Tyrime buvo naudojami matematiniai modeliai, kurie padėjo atkurti tikrąsias sąlygas audros metu. Remdamiesi tiek ankstesniais stebėjimais, tiek savo skaičiavimais, mokslininkai sukūrė teoriją, kuri tiksliai atspindi tai, kas vyksta debesų viduje prieš įvykstant žaibo smūgiui.
Šie modeliai parodė, kaip kosminės spinduliuotės sukelti elektronai, patekę į stiprius elektrinius laukus audros debesyse, dauginasi ir sukuria stiprią fotoelektrinę reakciją, skleidžiančią rentgeno spindulius ir radijo bangas.
Doktorantas Zaidas Pervezas palygino šiuos modelius su tikrais duomenimis, surinktais naudojant jutiklius žemėje, palydovus bei specialiai pritaikytus lėktuvus, skraidančius aukštai atmosferoje.
Jis nustatė, kad šie duomenys visiškai atitinka modelio prognozes, taip pat atkreipė dėmesį į tam tikros rūšies žaibus, vadinamus kompaktiškais tarpdebesiniais išlydžiais, kurie vyksta nedidelėse erdvėse debesų viduje. Tokie žaibai taip pat paaiškinami naujojo modelio pagalba.
Kodėl žemės gama blyksniai dažnai lieka nematomi
Vienas įdomiausių tyrimo aspektų yra paaiškinimas, kodėl vadinamieji žemės gama blyksniai dažnai nepalieka šviesos ar garsinių ženklų. Mokslininkai pastebėjo, kad šie reiškiniai įvyksta labai mažose erdvėse ir labai greitai.
Jie sukelia aukštos energijos rentgeno spindulius, tačiau optiniai ir radijo signalai, paprastai susiję su žaibais, būna labai silpni arba visai neegzistuoja. Tai paaiškina, kodėl kai kurie žemės spinduliuotės blyksniai registruojami tik specialiais jutikliais, o žmogaus akiai ir ausiai jie lieka nepastebimi.
Šis atradimas yra vienas svarbiausių per pastaruosius dešimtmečius atmosferos fizikos srityje. Jis ne tik išsprendžia seną mokslinę mįslę, bet ir atveria kelią naujiems tyrimams apie tai, kaip veikia mūsų planetos atmosfera ir kokie procesai vyksta joje esant stipriems elektriniams laukams.
Žaibas dabar matomas ne tik kaip elektros iškrova, bet kaip sudėtinga, daugiapakopė grandinė, kuri prasideda nematomuose aukštuosiuose sluoksniuose, kur susitinka kosminė spinduliuotė ir audros energija. Tai naujas žvilgsnis į reiškinį, kurį žmonija stebi nuo seniausių laikų, bet tik dabar pradeda suprasti jo tikrąją esmę.
