Os relâmpagos foram estudados por séculos, mas ainda existem muitas coisas obscuras em sua natureza. Como se origina uma descarga em uma nuvem, o que é um raio esférico, por que gama quanta são emitidos durante uma tempestade - essas questões ainda precisam ser respondidas. RIA Novosti fala sobre as pesquisas mais atuais na área de eletricidade atmosférica.
"O relâmpago é uma descarga elétrica que se move na atmosfera ao longo de um fino canal de plasma quente - o líder - da nuvem à terra, entre nuvens ou sobe de edifícios altos", disse Alexander Kostinsky, PhD em Física e Matemática, Diretor Adjunto do MIEM em homenagem … A. N. Tikhonova, participante do projeto internacional "Lightning and their manifestations", apoiado pelo Ministério da Educação e Ciência e pela Fundação Russa de Ciência.
Uma nuvem é necessária para que os relâmpagos ocorram. Elevando-se, ele se expande, esfria, pequenas gotas de água, flocos de neve, granizo e muitas outras partículas de diferentes tamanhos se formam nele, chamadas hidrometeoros. Na verdade, um aerossol é formado dentro da nuvem, suas partículas atritam-se umas com as outras e adquirem cargas de sinais diferentes.
Após a condensação da umidade, a nuvem aquece um pouco e sobe mais alto, atraindo o ar circundante. É por isso que as tempestades são acompanhadas por ventos mais fortes. Dentro da nuvem, camadas de partículas com carga positiva e negativa são adicionadas, a chuva cai, as descargas intra-nuvem começam, algumas delas atingem o solo.
O sprite aparece na atmosfera superior após uma descarga forte de um raio no solo.
O canal do relâmpago conduz uma forte corrente elétrica graças ao plasma - um gás altamente ionizado. As fotos da câmera de alta velocidade mostram o líder do raio se ramificando conforme se move. À medida que ele se aproxima do solo, dos pontos altos - arranha-céus, torres de TV - líderes em ascensão correm em sua direção. Uma poderosa corrente flui através do canal conectado a uma velocidade apenas várias vezes inferior à velocidade da luz. É esse flash que vemos quando atingidos por um raio.
“Observamos relâmpagos quando é grande, energético, provoca fogo, mata animais, desabilita equipamentos. Mas o momento de sua origem na nuvem continua sendo um dos principais mistérios científicos há cem anos”, continua o cientista.
Existem muitas hipóteses a esse respeito, que são muito complexas e não explicam todos os fenômenos observados. Medida: para atravessar apenas um centímetro de ar, é necessária uma voltagem de trinta mil volts. Isso significa que deve haver campos elétricos muito fortes na nuvem, mas as medições fornecem valores várias vezes mais baixos.
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“A cada segundo, cerca de cem raios atingem o solo e ninguém sabe como eles se originam. Além disso, as medidas físicas mostram que eles não devem se formar nas nuvens”, observa Kostinsky.
Fotografia de lapso de tempo de relâmpagos.
Bola de iluminação
Um quebra-cabeça separado é o relâmpago. São conhecidas milhares de evidências sobre ele em diferentes épocas históricas, cientistas até obtiveram experimentalmente “formações esféricas de plasma” em laboratório, mas não é possível comprovar que se trata do fenômeno natural em estudo. A questão principal (além da nucleação) é por que um coágulo de plasma carregado existe na atmosfera por tanto tempo - segundos e minutos. Em teoria, sem alimentação externa, ele deveria esfriar em milésimos de segundo, perdendo a condutividade.
Alguns pesquisadores presumiram que o raio de uma bola era um efeito óptico, mas vários anos atrás, cientistas chineses filmaram o brilho de uma bola durante quedas de raio, que duraram quase um segundo, em uma câmera de alta velocidade com um espectrômetro óptico. Isso esclareceu pouco sobre a natureza do fenômeno, mas confirmou sua realidade.
Mais mistérios
Em 1989, graças aos satélites, um tipo completamente novo de eletricidade atmosférica foi descoberto - sprites. Eles surgem a uma altitude de 70-85 quilômetros no campo elétrico, que se forma após a queda de um forte raio no solo, quando a parte inferior da nuvem é descarregada. Do espaço, vimos jatos azuis e jatos gigantes - descargas elétricas de grande extensão. Eles se originam no topo das nuvens de tempestade e atingem uma altura de 90 quilômetros.
Jet - descarga indo da nuvem a uma altura de até 90 quilômetros. Observatório Mauna Kea, Havaí.
Em 1991, satélites americanos registraram rajadas de raios gama, ou seja, raios X fortes, durante tempestades. Esses dados foram imediatamente classificados, decidindo que testes nucleares terrestres estavam sendo realizados em algum lugar. Três anos depois, depois de se certificar de que a fonte de radiação eram tempestades, os resultados das observações foram publicados.
“Esses quanta de energia raramente chegam à Terra, mesmo por erupções solares. Acontece que a nuvem atua como um acelerador de partículas elementares, ou seja, elétrons e, talvez, pósitrons. Esta área é chamada de física atmosférica de alta energia”, diz Alexander Kostinsky.
Na década de 2000, descobriu-se que dentro da nuvem, a uma altitude de cerca de dez quilômetros, se formam fontes de emissão de rádio muito mais poderosas do que as que acompanham os raios. Eles duram apenas alguns microssegundos. Eles foram chamados de descargas intracloud compactas. Ainda não existe uma teoria geralmente aceita sobre sua aparência.
O interesse por descargas elétricas na atmosfera de outros planetas do sistema solar ainda não diminuiu. Imagens de tempestades em Júpiter e Saturno foram obtidas, observações na faixa de rádio mostraram descargas em Urano e Netuno. A questão com Vênus ainda está aberta. Mas não há tempestade em Marte e Titã.
De acordo com Kostinsky, a ciência dos raios está passando por um verdadeiro boom. Afinal, tempestades e relâmpagos são fenômenos naturais muito perigosos e destrutivos. Além disso, os cientistas enfrentam tarefas práticas - proteger pessoas e animais de descargas atmosféricas, estruturas, moinhos de vento, aeronaves.
Relâmpagos são descarregados na atmosfera no lado noturno de Júpiter. Galileo Orbiter, 1998.
Tatiana Pichugina
