เมื่อเบนจามินแฟรงคลินผูกกุญแจไว้กับว่าวแล้วก็บินเข้าไปในพายุฟ้าคะนองเขากลายเป็นอุปกรณ์สั้น ๆ เข้ากับเครื่องกำเนิดพลังงานที่แข็งแกร่งที่สุดในโลก
แฟรงคลินรู้ว่าพายุฝนฟ้าคะนองเป็นพลังอย่างเหลือเชื่อ นักวิจัยได้พยายามประเมินอย่างแม่นยำ อย่างไร ทรงพลังมานานกว่าหนึ่งศตวรรษ แต่มักจะเกิดขึ้นในระยะสั้น - แม้กระทั่งเซ็นเซอร์ทางอากาศที่มีความซับซ้อนที่สุดก็ยังไม่เพียงพอเพราะเสียงฟ้าผ่านั้นใหญ่เกินไปและไม่สามารถคาดการณ์ได้
ตอนนี้ในบทความที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 15 มีนาคมในวารสาร Physical Review Letters นักวิจัยใน Ooty ประเทศอินเดียได้คำตอบใหม่ที่น่าตกใจ - ขอบคุณความช่วยเหลือเล็กน้อยจากรังสีคอสมิกบางตัว
การใช้เซ็นเซอร์หลายตัวที่ออกแบบมาเพื่อวัดสนามไฟฟ้าและความเข้มของมิวออน - อนุภาคหนักที่ตกลงมาอย่างต่อเนื่องจากชั้นบรรยากาศบนโลกสลายตัวเมื่อพวกเขาผ่านสสาร - ทีมงานตรวจวัดแรงดันไฟฟ้าของสายฟ้าขนาดใหญ่ที่กลิ้งผ่าน Ooty 18 นาที เมื่อวันที่ 1 ธันวาคม 2014 นักวิจัยพบว่าโดยเฉลี่ยแล้วเมฆถูกตั้งข้อหากับ 1.3 gigavolts ไฟฟ้าซึ่งเป็น 1.3 เท่า 10 ^ 9 โวลต์ - ประมาณ 10 ล้านเท่าของแรงดันไฟฟ้ามากกว่าที่จ่ายโดยเต้าเสียบไฟฟ้าทั่วไปใน อเมริกาเหนือ.
"สิ่งนี้อธิบายได้ว่าเหตุใดสายฟ้าจึงเป็นอันตรายอย่างมาก" Sunil Gupta ผู้เขียนร่วมการศึกษาเกี่ยวกับรังสีคอสมิกจากสถาบันวิจัยพื้นฐานทาทาแห่งอินเดียกล่าวกับ Live Science ถ้าคุณกระจายพลังงานจำนวนมหาศาลไปยังอะไรก็ตามมันจะทำให้เกิดการทำลายล้างอย่างรุนแรง
ฝนมิวออน
Gupta และเพื่อนร่วมงานของเขาศึกษามิวออนเป็นหลักเช่นอนุภาคของอิเล็กตรอนที่สร้างขึ้นเมื่อรังสีคอสมิคชนกับอะตอมหลายชนิดในชั้นบรรยากาศโลก อนุภาคเหล่านี้มีการหมุนของอิเล็กตรอนประมาณครึ่งหนึ่ง แต่มีน้ำหนักถึง 200 เท่าและสามารถแทรกซึมได้ดี มิวออนที่ตกลงมาจากชั้นบรรยากาศสามารถเดินทางลึกลงไปในมหาสมุทรหรือไมล์ใต้ดินในเสี้ยววินาทีเท่านั้นตราบใดที่ยังมีพลังงานเพียงพอ
Muons สูญเสียพลังงานของพวกเขาเมื่อมีอะไรบางอย่างเข้ามาในตัว - พูดเช่นปิรามิด ในช่วงต้นปี 2561 นักวิทยาศาสตร์ค้นพบสองห้องก่อนหน้านี้ที่ไม่รู้จักในมหาพีระมิดแห่งกิซ่าโดยการตั้งค่าเครื่องตรวจจับ muon รอบ ๆ โครงสร้างและการตรวจวัดที่อนุภาคสูญเสียพลังงาน (และไม่สูญเสีย) คนที่เดินผ่านกำแพงหินของพีระมิดสูญเสียพลังงานมากกว่ามิวออนที่ผ่านห้องโถงขนาดใหญ่ที่ว่างเปล่า ผลการวิจัยอนุญาตให้นักวิจัยสร้างแผนที่ใหม่ของการตกแต่งภายในของปิรามิดโดยไม่ต้องเดินเข้าไปข้างใน
Gupta และเพื่อนร่วมงานของเขาใช้วิธีที่คล้ายกันเพื่อทำแผนที่พลังงานภายใน Ooty thundercloud อย่างไรก็ตามแทนที่จะต่อสู้กับหินมิวออนที่ตกลงมาในก้อนเมฆก็เผชิญกับสนามไฟฟ้าที่เชี่ยวกราก
"พายุฝนฟ้าคะนองมีชั้นที่มีประจุบวกอยู่ด้านบนและชั้นที่มีประจุลบอยู่ด้านล่าง" Gupta กล่าว "ถ้ามิวออนที่มีประจุบวกชนกับเมฆเมื่อฝนตกลงมาจากชั้นบรรยากาศชั้นบนมันก็จะถูกผลักไสและสูญเสียพลังงาน"
ด้วยการใช้เซ็นเซอร์ตรวจจับ muon และจอมอนิเตอร์สนามไฟฟ้าสี่ตัวแผ่กระจายไปทั่วหลายไมล์นักวิจัยวัดค่าพลังงานที่ลดลงโดยเฉลี่ยระหว่างมิวออนที่ผ่านฟ้าร้องเมฆและสิ่งที่ไม่ผ่าน จากการสูญเสียพลังงานนี้ทีมสามารถคำนวณได้ว่าอนุภาคไฟฟ้าผ่านไปเท่าใดในเมฆฟ้าร้อง
มันใหญ่มาก
นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าสายฟ้าจะมีศักยภาพในระดับ gigavolt ในช่วงปี 1920 Gupta กล่าวว่า แต่มันก็ยังไม่เคยพิสูจน์เลยจนกระทั่งบัดนี้
การทำแผนที่ฟ้าร้อง
เมื่อนักวิจัยรู้ถึงศักยภาพไฟฟ้าของคลาวด์พวกเขาต้องการที่จะก้าวไปอีกขั้นและวัดได้อย่างแม่นยำว่ามีพลังสายฟ้ามากแค่ไหนเมื่อมันดังขึ้นเหนืออูตี้
ด้วยการใช้ข้อมูลจากจอมอนิเตอร์สนามไฟฟ้าที่กระจัดกระจายทีมของเรากรอกรายละเอียดที่สำคัญบางอย่างเกี่ยวกับคลาวด์ - นั่นคือการเดินทางที่ประมาณ 40 ไมล์ต่อชั่วโมง (60 กม. / ชม.) ที่ระดับความสูง 7 ไมล์ (11.4 กิโลเมตร) มีพื้นที่โดยประมาณ 146 ตารางไมล์ (380 ตารางกิโลเมตร, พื้นที่ประมาณหกเท่าของแมนฮัตตัน), และถึงศักย์ไฟฟ้าสูงสุดเพียง 6 นาทีหลังจากปรากฏตัว
ด้วยความรู้นี้ในที่สุดนักวิจัยก็สามารถคำนวณได้ว่าพายุฝนฟ้าคะนองมีพลังงานประมาณ 2 กิกะวัตต์ทำให้เมฆก้อนนี้มีพลังมากกว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลก Gupta กล่าว
“ ปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ที่นี่เพียงพอที่จะส่งมอบความต้องการพลังงานทั้งหมดของเมืองเช่นนิวยอร์กซิตี้เป็นเวลา 26 นาที” Gupta กล่าว "ถ้า คุณสามารถควบคุมมันได้ "
ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบันนั่นเป็นโอกาสที่คาดไม่ถึง Gupta ตั้งข้อสังเกต: ปริมาณพลังงานที่สลายตัวโดยพายุดังกล่าวนั้นสูงมากจนอาจละลายตัวนำได้
ถึงกระนั้นศักยภาพอันรุนแรงของพายุฝนฟ้าคะนองสามารถช่วยไขปริศนาจักรวาลที่นักวิทยาศาสตร์อย่าง Gupta และเพื่อนร่วมงานของเขาถามมาหลายสิบปี: ทำไมดาวเทียมบางครั้งตรวจจับรังสีแกมม่าพลังงานสูงที่ระเบิดออกมาจากชั้นบรรยากาศของโลก ?
หากพายุฝนฟ้าคะนองสามารถสร้างศักย์ไฟฟ้ามากกว่าหนึ่งกิกาโวลต์ได้พวกมันก็สามารถเร่งอิเล็กตรอนได้เร็วพอที่จะแยกอะตอมอื่น ๆ ในชั้นบรรยากาศออกมาก่อให้เกิดแสงแกมมาแกมม่า
คำอธิบายนี้ต้องการการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อยืนยันความถูกต้องของข้อมูล Gupta กล่าว ในระหว่างนี้อย่าลืมประหลาดใจกับเสียงฟ้าผ่าครั้งต่อไปที่คุณเห็นเพราะมันเป็นพลังที่ยิ่งใหญ่ของธรรมชาติที่ไม่อาจหยั่งรู้ได้ - และโปรดคิดให้รอบคอบก่อนที่จะลงว่าว
