سالهاست که رعد و برق بهعنوان یکی از شگفتآورترین پدیدههای جوی، دانشمندان و دوستداران طبیعت را به خود مجذوب و گاه وحشتزده کردهاست. با وجود تکرار روزمره این رخداد در اتمسفر زمین، سازوکار دقیق شکلگیری صاعقه همواره پوشیده مانده بود. اما پژوهشهای اخیر دریچه تازهای به فهم این پدیده گشودهاند.
بررسیهای نوین: مدلهای ریاضی و تحلیل دادههای جوی
یک گروه متشکل از مهندسان برق و هواشناسان، موفق به توسعه مدلی پیشرفته شدند که سرنخهای جدیدی در چرایی و چگونگی زایش صاعقه ارائه میدهد. مقالهای که حاصل این تحقیق است، در تاریخ ۲۸ ژوئیه در ژورنال تحقیقات ژئوفیزیک (Journal of Geophysical Research) منتشر شده و به بررسی عمق ابرهای آذرخشی پرداخته است.
به گفته ویکتور پَسکو، مهندس برق و سرپرست این تحقیق از دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، مدل تازه بر پایه پروژههای پیشین طراحی شده است. پژوهشگران با استفاده از دادههای جمعآوریشده از حسگرهای زمینی، تصاویر ماهوارهای و هواپیماهای ارتفاعبالا، مدل ریاضی خود را راستیآزمایی کردهاند. نکته برجسته مطالعه، تمرکز بر رویدادهای فلش گاما-زمینی یا TGF است؛ این پدیده شامل انفجارهای نامرئی پرتو ایکس و امواج رادیویی همزمان با وقوع رعدوبرق است.
فرایند فیزیکی درون ابرها
نتایج پژوهش نشان میدهد که درون ابرهای رعد و برقی، میدانهای الکتریکی قدرتمندی شکل میگیرد که الکترونها را با انرژی زیاد شتاب میدهند. این الکترونها، هنگام برخورد با مولکولهای نیتروژن و اکسیژن، پرتو ایکس و فوتونهای پرانرژی تولید میکنند که منجر به واکنشی زنجیرهای و شتابگیری الکترونهای بیشتر میشود. این «واکنش بهمنی» نهایتاً آذرخشی عظیم را ایجاد میکند که به شکل برق در آسمان میدرخشد.
پَسکو در این زمینه میگوید: «این واکنش شتابگرفته میتواند در حجمهای بسیار کوچک و با شدت متغیر رخ دهد.» همین تغییرپذیری در قدرت واکنش، دلیل بروز برخی انفجارهای گاما-زمینی با تابش ضعیف نوری و پراکندگی کم امواج رادیویی بوده، اما با سطوح قابلتشخیص پرتوی ایکس همراه است.
پیامدهای علمی و فناوریهای آینده
مدل جدید دانشمندان، نخستین شبیهسازی کاملاً وابسته به زمان را ارائه میکند که قابلیت تعمیم به رویدادهایی با ارتفاعات متفاوت را داراست و امکان مقایسه کمی با دادههای تجربی را فراهم میسازد. این دستاورد، تفاوت چشمگیری با مدلهای قبلی دارد که اغلب بر نواحی محدود ابرها تمرکز داشتند. زید پرویز، دانشجوی دکتری و از نویسندگان مقاله، معتقد است که توسعه این مدل میتواند در شناسایی دقیقتر شرایط تشکیل صاعقه، و همچنین بهبود سامانههای هشداردهی رعدوبرق و کاربردهای مرتبط با منابع جدید پرتو ایکس کاربرد داشته باشد.
درک شهودی و نقش ریاضیات
جالب است بدانیم رازگشایی از پدیدههایی که همواره مقابل چشمان ما بودهاند، گاه سالیان متمادی به طول میانجامد. اساس موفقیت بسیاری از مدلهای پیچیده علمی، شروع از فرضیات ساده و شهودی است؛ برای نمونه، در سالهای اخیر، دانشمندان با بررسی میزان خمشدگی اجسام در اثر تماس، موفق به رمزگشایی از ماهیت الکتریسیته ساکن شدند. هرچند ریاضیات مورد استفاده در پژوهشهای فعلی فراتر از مقطع آموزش ابتدایی است، ولی نقطه شروع محاسبات، مفاهیمی ابتدایی و قابل فهم برای عموم است.
نتیجهگیری
تحقیقات اخیر نهتنها بخشی از رمز و راز دیرینِ تشکیل صاعقه را برملا کرده، بلکه نگاه تازهای به نقش میدانهای الکتریکی، فوتونهای پرانرژی و واکنشهای زنجیرهای الکترونی در پدیدههای جوی ارائه میدهد. این یافتهها میتواند به توسعه فناوریهای نو، افزایش ایمنی و شناخت بهتر اتمسفر زمین منجر شود و در آینده شاهد پیشرفتهای بیشتری در درک رفتارهای دینامیک طوفانها خواهیم بود.