1,3 miliar volt di awan badai

Energi listrik dalam badai petir sepuluh kali lebih tinggi dari yang diperkirakan

Dalam badai dahsyat, para peneliti telah menentukan 1, 3 miliar volt untuk tegangan di awan - sepuluh kali lebih banyak dari sebelumnya. © mdesigner125 / iStock
membacakan

Diisi sangat tinggi: awan badai menghasilkan lebih banyak energi listrik dari yang diperkirakan. Dalam badai yang sangat dahsyat, para peneliti kini telah menentukan level tegangan 1, 3 miliar volt - yang sepuluh kali lebih banyak dari yang sebelumnya terdeteksi oleh pengukuran balon. Tenaga listrik bahkan mencapai dua gigawatt - ini adalah bukti pertama dari energi tinggi di awan badai. Energi luar biasa ini bisa menjelaskan mengapa beberapa badai bahkan menghasilkan sinar gamma dan antimateri.

Dalam awan badai dari waktu ke waktu, perbedaan muatan yang kuat muncul, yang mengalir ke guntur dan kilat. Ini dapat mencapai arus beberapa puluh ribu ampere dan memanaskan udara sekitar hingga 30.000 derajat dalam sepersekian detik. Tetapi energi yang luar biasa dari badai juga memicu reaksi yang memiliki konsekuensi yang jauh lebih eksotis: sinar gamma berenergi tinggi dan bahkan antimateri dalam bentuk positron diproduksi.

Partikel kosmik sebagai voltmeter

Hanya membingungkan: energi yang diukur dalam awan badai sejauh ini tidak cukup untuk menghasilkan semburan gamma seperti itu. Untuk mengetahui lebih lanjut, B. Harihara dari Institut Tata untuk Penelitian Fundamental di Mumbai dan timnya menggunakan metode baru untuk menyaring awan petir: mereka mengevaluasi data dari detektor GRAPES-3 di India. Sistem sekitar 400 sensor ini secara konstan mengukur masuknya partikel radiasi kosmik ke bumi.

Lihatlah beberapa detektor dalam percobaan GRAPES 3. © GRAPES-3

Setiap menit, detektor GRAPES-3 mencatat sekitar 2, 5 juta muon electron elektron, yang terkait erat dengan elektron, tetapi sekitar 200 kali lebih besar partikel elementer. Kuncinya di sini: Seperti elektron, muon bermuatan listrik dan karenanya dapat terganggu oleh medan listrik. Ketika awan badai melewati detektor, ia menelan sebagian muon ein yang masuk dari ruang angkasa dan dari penurunan kepadatan myon, para peneliti dapat menyimpulkan bahwa mereka memiliki energi listrik di awan.

Untuk penelitian mereka, para peneliti mengevaluasi perubahan muon yang diukur GRAPES-3 pada 184 badai petir. pameran

1, 3 miliar volt di awan

Hasilnya: Seperti yang diharapkan, semua badai petir mengurangi masuknya muon tetapi satu peristiwa menonjol: Pada 1 Desember 2014, nilai muon turun sangat tajam. Pemicu untuk ini adalah awan badai, yang menjulang lebih dari sebelas kilometer dan membentang lebih dari 380 kilometer persegi. Ketika fisikawan menggunakan model untuk menghitung kekuatan medan listrik yang diharapkan, mereka datang dengan nilai yang sangat tinggi:

"Awan badai ini menghasilkan potensi listrik 1, 3 miliar volt, " lapor Harihara dan rekan-rekannya. Ini sepuluh kali lebih banyak dari yang dihitung sebelumnya menggunakan balon dan pesawat uji. Meskipun badai ini jelas merupakan anggota yang sangat ekstrim dari genusnya, badai ini membuktikan bahwa energi yang lebih tinggi dapat dicapai di awan ini daripada yang diperkirakan sebelumnya.

Voucher pertama untuk petir gigawatt

Yang mengesankan juga adalah daya listrik yang membuka awan badai ini: Dari konstruksi cepat tegangan ini, fisikawan menyimpulkan bahwa energi listrik di awan itu setara dengan sekitar dua miliar watt yang merupakan total daya listrik dari Bendungan Hoover. Pembangkit listrik tenaga air di AS. "Studi ini mungkin memberikan bukti langsung pertama untuk generasi potensi gigawatt di awan badai, " catat para peneliti.

Namun, hasil ini tidak hanya menarik sehubungan dengan kehidupan batin dari awan badai - mereka juga bisa menjelaskan mengapa beberapa badai petir menghasilkan bahkan sinar gamma berenergi sangat tinggi. Meskipun hasilnya belum dikonfirmasi oleh pengukuran badai petir lain yang sama kuatnya, ini dapat membawa teka-teki gamma kilatan badai solusi lebih dekat .

"Potensi gigawatt seperti itu dalam awan badai dapat menjelaskan produksi sinar gamma 100-megaelektron-volt dalam semburan sinar gamma terestrial, " kata Harihara dan rekan-rekannya. (Physical Review Letters, 2019; di media)

Sumber: APS, Berita Sains

- Nadja Podbregar