Wyładowania atmosferyczne od tysiącleci fascynowały ludzkość. Ogromne ilości energii uderzają z potężną siłą w ziemię i rozświetlają burzowe niebo. Jednak do dziś naukowcy nie rozwikłali wszystkich tajemnic wyładowań. W 2018 roku w Oklahomie zarejestrowano pioruny uderzające „w górę”, w stronę kosmosu, prawie 80 kilometrów ponad chmury. Dzięki tym nagraniom naukowcom udało się dokładnie przeanalizować to zjawisko, co przybliża nas do poznania ich sekretów.
Pierwsze wzmianki o piorunach bijących w kosmos, z chmury burzowej do góry, pojawiły się jeszcze w 1886 roku. Przez lata wyładowania do jonosfery były obserwowane w różnych częściach świata. Jednak wciąż niewiele wiadomo o tym zjawisku poza tym, że jest nieprzewidywalne i występuje poza zasięgiem wzroku większości ludzi, ponad warstwą chmur burzowych.
Szansa na poznanie tajemnicy takich wyładowań pojawiła się w 2018 roku. Jedno z nich udało się zarejestrować podczas burzy w Oklahomie. Dzięki danym zebranym przez różne instrumenty naukowcy byli w stanie lepiej poznać to zjawisko. Wyniki ich prac opublikowano niedawno na łamach „Science Advances” (DOI: 10.1126/sciadv.abl8731).
Gigantyczny piorun
– Zmapowaliśmy ten gigantyczny dżet w trzech wymiarach – mówi fizyk i inżynier Levi Boggs z Georgia Tech Research Institute. – Dane były bardzo szczegółowe – dodaje.
Wyładowanie uchwycone przez kamerę było ogromne i wyraźnie widoczne. Kiedy Boggs dowiedział się o nagraniu, natychmiast udał się na poszukiwanie danych z innych instrumentów, które mogły uchwycić to wydarzenie. Nie zawiódł się.
Fot. Chris Holmes
Wyładowanie zostało zarejestrowane przez pobliski system mapowania błyskawic VHF zwany Lightning Mapping Array, dwa radary meteorologiczne NCEI (NEXRAD) oraz instrumenty na Geostacjonarnym Operacyjnym Satelicie Środowiskowym NOAA (GOES).
To bogactwo danych oznaczało, że Boggs i jego koledzy byli w stanie przeprowadzić dogłębną analizę zjawiska.
Błyskawica sięgająca kosmosu
Dane ujawniły, że wyładowanie było rzeczywiście gigantyczne. Rozchodziło się z chmur znajdujących się na wysokości około 8 kilometrów i dotarło niemal dziesięć razy wyżej, prawie tak daleko jak linia Kármána (umowna granica między ziemską atmosferą a przestrzenią kosmiczną, przebiegająca na wysokości 100 km. W USA za taką granicę uważa się wysokość ponad 80 km).
W ten sposób piorun przetransportował do górnych części atmosfery około 300 kulombów ładunku elektrycznego. Zwyczajny piorun transportuje tylko około 5 kulombów. „Blue jet”, bo również taką nazwą posługują się badacze w swojej publikacji, był też dużo bardziej gorący, z temperaturami dochodzącymi do 4 700 st. C., podczas gdy zwykłe pioruny osiągają temperaturę ok. 200 st. C.
Strumienie dżeta zaczęły rozchodzić się tuż nad szczytem chmury i podróżowały do jonosfery, na wysokość około 80 kilometrów. W ten sposób powstało elektryczne połączenie między szczytami chmur a jonosferą.
Różne instrumenty ujawniły, że światło widzialne pozostawało stosunkowo blisko szczytu chmury, na wysokości 15 do 20 kilometrów. Natomiast emisja energii została wykryta znacznie wyżej, na wysokościach od 22 do 45 kilometrów.
Wiele niewiadomych
Wciąż pozostaje wiele pytań. Nadal nie jest jasne, dlaczego takie wyładowania strzelają w górę, gdy większość błyskawic jest skierowana w dół, czy w bok. Badacze uważają, że może istnieć coś, co blokuje błyskawice przed podróżą w dół lub w kierunku innych chmur.
– Przy braku wyładowań atmosferycznych, które normalnie widzimy, gigantyczny dżet może złagodzić nagromadzenie nadmiaru ładunku ujemnego w chmurze – tłumaczy Boggs. Być może dalsze badania nad rozwiążą tę zagadkę – dodaje.
Źródło: Georgia Tech Research Institute, Science Alert