Mokslininkai užfiksavo dar neregėtus vaizdus: pirmąkart užfiksavo šokiruojantį reiškinį žaibo viduje, vaizdai stebina

Žaibas jau daugelį amžių žavi žmones, jis nuolat primena apie gamtos jėgą ir jos nenuspėjamumą. Nors šio reiškinio tyrimai kelia daug iššūkių, naujausi mokslo pasiekimai ženkliai pagilino mūsų supratimą apie žaibo fenomeną.

Neseniai žurnale „Science Advances“ paskelbtame tyrime Osakos universiteto mokslininkai pirmą kartą pasaulyje užfiksavo galingą spinduliuotės pliūpsnį, vadinamąjį antžeminį gama spindulių pliūpsnį (TGF), kuris įvyko tuo pačiu metu su žaibo iškrova.

„Galimybė tirti tokius ekstremalius procesus kaip TGF leidžia geriau suprasti aukštos energijos procesus, vykstančius Žemės atmosferoje“, – paaiškino tyrimo vadovas Yuuki Wada.

Iššūkiai tiriant trumpalaikius gama pliūpsnius

Mokslininkai jau anksčiau spėjo, kad antžeminiai gama spindulių pliūpsniai susiformuoja žaibo metu, kai elektronai paspartėja iki itin didelio greičio. Visgi, kadangi TGF trunka vos kelias dešimtis mikrosekundžių, šią teoriją patvirtinti buvo labai sudėtinga.

Šiame tyrime komanda pasitelkė pažangiausią daugiasensorinę sistemą, leidusią stebėti TGF Kanazavos mieste, Ishikawa prefektūroje vykusios audros metu. Naudoti prietaisai fiksavo optinius signalus, radijo bangų spinduliuotę ir aukštos energijos spindulius.

Elektronų pagreitis žaibo kelių susidūrime

Tyrimo metu stebėta, kaip vienas žaibo išlydis leidosi nuo audros debesies žemyn iki televizijos transliavimo bokšto, o kitas kilo priešinga kryptimi. 

Tyrėjai užfiksavo, kad TGF įvyko dar prieš abiems išlydžiams susitinkant, susidarius itin stipriam elektriniam laukui, elektronai ore buvo paspartinti beveik iki šviesos greičio.

Pirmasis gama spindulių fotonas buvo užfiksuotas 31 mikrosekundę prieš kelių susidūrimą, o visas pliūpsnis truko dar 20 mikrosekundžių po susidūrimo, kai susiformavo žaibo smūgis. Susidūrimo metu užfiksuota iškrova siekė −56 kA.

Gama spinduliai ir žaibo energija – ilgai aiškinta paslaptis

Šis stebėjimas suteikė svarbių duomenų į ilgai nagrinėtą klausimą, kaip žaibas sugeba sukurti tiek energijos, kad būtų išspinduliuoti gama spinduliai, kurie dažniausiai siejami su kosminiais įvykiais, tokiais kaip supernovos ar juodųjų skylių srautai. 

Tyrimas taip pat paremia naujas teorijas apie žaibo „vadų“ (leaders) dinamiką ir galimą šiluminio bei reliatyvistinio grįžtamojo ryšio vaidmenį šiuose itin stipriuose pliūpsniuose.

„Tai pirmasis pasaulyje tokio tipo daugiasensorinis stebėjimas. Nors dar yra likę neatsakytų klausimų, šis metodas priartino mus prie šio reiškinio veikimo mechanizmo supratimo“, – pabrėžė vyresnysis tyrimo autorius Harufumi Tsuchiya.

Šis tyrimas suteikia retą progą pažvelgti į vidinius žaibo veikimo procesus ir pateikia svarbių duomenų, kurie ateityje gali prisidėti prie didesnio saugumo ir konstrukcijų atsparumo ekstremalioms atmosferos sąlygoms užtikrinimo.