Žaibas iš tiesų trenkia dukart, ir mokslininkai jau žino, kodėl

Niekada nebuvo visiškai aišku, kaip vieno žaibo sukurtas kanalas išlieka ir panaudojamas vėl, bet naujas tyrimas po pirmojo žaibo aptiko jo kelyje įelektrintų dalelių kišenes, kurios gali nurodyti kelią ir kitiems žaibams.

Tarptautinė fizikų komanda neregėtai detaliai fiksavo žaibo sukeliamas radijo bangas, kad išsiaiškintų žaibo kelyje susidarančių įelektrinto oro kišenių prigimtį ir veikimą.

Radioteleskopų tinklu, vadinamu Žemų dažnių masyvu (angl. Low-Frequency Array, LOFAR), tyrėjai kelių tūkstančių kvadratinių kilometrų plote nanosekundžių skyra rinko žaibų duomenis.

„Remdamiesi šiais duomenimis, galime atsekti žaibo sklidimą tokiu masteliu, kad pirmą kartą galime išskirti pirminius procesus,“ sako fizikas Brian Hare iš Groningeno universiteto Nyderlanduose.

„Be to, naudodami radijo bangas, galime pažvelgti į perkūnijos debesies vidų, kur vyksta daugiausiai žaibų.“

Nepaisant viso įspūdingo blyksėjimo ir grumėjimo, žaibas tėra elektros kibirkštis, sukelta teigiamų ir neigiamų krūvių skirtumo.

Šiuos priešingus krūvius sukuria oro srovės, nešiojančios krušos gabalėlius, vadinamas sniego kruopas, dėl ko jos fiziškai daužosi viena į kitą, atskirdamos elektronus ir įgydamos priešingus krūvius.

Debesų viduje, tarp atskirų debesų ar tarp debesų ir žemės gali susikaupti šimtų milijonų voltų įtampa. Kad ir kur ji susidaro, gali šokti kibirkštis, tiksliau – žaibas. Bet tam reikia tinkamų sąlygų.

Tai, ką matome, kaip žaibo zigzagą, tėra pabaiga sudėtingo proceso, kurį dar tik aiškinamės.

Pirmas žingsnis yra karštų įelektrintų dujų – plazmos – telkinėlio susidarymas. Ši mažutė žaibo sėklelė greitai išsišakoja daugeliu krypčių, ir viena ar kelios atšakos suformuoja kilometrų ilgio kanalą, kurį galima palyginti su danguje susidarančia milžiniška vielos atkarpa.

Šio kanalo galai, lyderiai, gali būti teigiamo ar neigiamo krūvio, ir, atitinkamai, juda unikaliu keliu.

Neigiamo krūvio lyderiai juda su pertrūkiais, žingsneliais, taip kurdami aukšto dažnio radijo signalus. Augdami teigiamo krūvio lyderiai taip nežingsniuoja, tad jų kuriamas charakteringas signalas kitoks, dūzgiantis.

Šie kontrastingi signalai suteikia tyrėjams greito žaibų formavimosi proceso įžvalgų, nuo plazmos kanalų augimo iki galutinio šviesos šou.

Anksčiau buvo pastebėtas įdomus reiškinys – teigiamo krūvio lyderiai nuo savo plazmos kanalo gali atsiskirti. Niekas nežino, kodėl toks atsiskyrimas vyksta – daugumoje ligšiolinių tyrimų trūko būtinos skiriamosios gebos.

Didžiulis LOFAR antenų kompleksas tyrėjams suteikė priemones smulkių besišakojančios plazmos kanalų stebėjimui.

„Netoli LOFAR šerdies, kur antenos išstatytos tankiausiai, erdvinis tikslumas buvo apie metrą“, sako Groningeno universiteto fizikas Olafas Scholtenas.

Naudodami tokį detalumą, tyrėjai galėjo sekti dinaminius besišakojančių plazmos kanalų pokyčius, o tai, savo ruožtu, leido komandai padaryti gan keistą atradimą.

Lyderiams pasiekus vietas su pakankamu krūvių skirtumu, per plazmą ima tekėti elektronai, įkaitindami orą iki temperatūros, aukštesnės už esančią Saulės paviršiuje.

Pasirodo, galutinį tašką pasiekia ne visa srovė. Dalis likutinio krūvio prateka pro pagrindinio iškrovos kanalo plyšius, sudarydamos mažas plonas struktūras, vadinamas adatomis.

„Šis atradimas itin skiriasi nuo dabartinio supratimo, kad krūvis teka plazmos kanalu tiesiai iš vienos debesies dalies į kitą, ar žemėn,“ sako Scholtenas

„Šios adatos gali būti 100 metrų ilgio ir mažiau nei penkių metrų skersmens, bei yra pernelyg mažos ir pernelyg trumpos, kad būtų pastebėtos ir užfiksuotos kitomis žaibų aptikimo sistemomis,“ prideda Hare'as.

Jei debesyje per santykinai trumpą laiką vėl susikuria įtampa, šios įelektrintos adatos gali nubrėžti kelią kitiems žaibams, todėl neretai matome žaibus, trenkiančius tą pačią vietą.

Sulėtintai matoma, kaip formuojasi žaibas, kiekvienas geltonas taškas vaizduoja radijo impulsą, brėžiantį kelią iškrovai. Pačiame klipo viršuje matome teigiamo krūvio lyderių mirgėjimą, jiems susiduriant su ankstesnio žaibo adatomis.

„Iš šių stebėjimų matome, kad debesies dalis vėl įsikrauna, ir galime suprasti kodėl žaibo išlydis į žemę gali kelis kartus pasikartoti,“ sako Hare'as

Nors tokia pirmykštė jėga stulbino mus nuo neatmenamų laikų, nuostabu, kiek dar sužinome apie žaibų veikimą.

Tyrimas publikuotas Nature žurnale.

https://www.sciencealert.com