Rudolf Cole
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Quando Benjamin Franklin legò una chiave a un aquilone e lo fece volare in una tempesta di fulmini, divenne per breve tempo un apparecchio collegato al generatore di corrente più potente sulla Terra.
Franklin sapeva, come fa la maggior parte delle persone, che i temporali sono incredibilmente potenti. I ricercatori hanno cercato di stimare con precisione Come potenti per più di un secolo, ma sono sempre stati insufficienti: anche i sensori aerei più sofisticati sono inadeguati perché le nuvole temporalesche sono troppo grandi e imprevedibili per essere misurate.
Ora, in un articolo pubblicato il 15 marzo sulla rivista Physical Review Letters, i ricercatori di Ooty, in India, hanno trovato una nuova risposta scioccante, grazie a un piccolo aiuto da parte di alcuni raggi cosmici. [Electric Earth: immagini mozzafiato di fulmini]
Utilizzando una serie di sensori progettati per misurare i campi elettrici e l'intensità dei muoni - particelle pesanti che piovono costantemente dall'atmosfera superiore della Terra, decadendo mentre attraversano la materia - il team ha misurato la tensione di una grande nube temporalesca che ha rotolato su Ooty per 18 minuti il 1 ° dicembre 2014. I ricercatori hanno scoperto che, in media, la nuvola è stata caricata con circa 1,3 gigavolt di elettricità, che è 1,3 volte 10 ^ 9 volt, circa 10 milioni di volte più tensione di quella fornita da una tipica presa di corrente in Nord America.
"Questo spiega perché le nuvole temporalesche sono così distruttive", ha detto il coautore dello studio Sunil Gupta, ricercatore sui raggi cosmici presso il Tata Institute of Fundamental Research indiano. "Se dissipi questa enorme quantità di energia attraverso qualsiasi cosa, causerai una grave devastazione".
Piove muoni
Gupta ei suoi colleghi studiano principalmente i muoni, particelle simili a elettroni che vengono create quando i raggi cosmici colpiscono vari atomi nell'atmosfera terrestre. Queste particelle hanno circa la metà dello spin degli elettroni ma 200 volte il peso e sono molto brave a penetrare nella materia. Un muone che piove dall'atmosfera può viaggiare in profondità nell'oceano o miglia sottoterra in una frazione di secondo, purché abbia abbastanza energia.
I muoni perdono la loro energia quando qualcosa si mette sulla loro strada, ad esempio una piramide. All'inizio del 2018, gli scienziati hanno scoperto due camere precedentemente sconosciute all'interno della Grande Piramide di Giza installando rilevatori di muoni attorno alla struttura e misurando dove le particelle hanno perso (e non hanno perso) energia. I muoni che passavano attraverso le pareti di pietra della piramide perdevano più energia dei muoni che passavano attraverso le grandi camere vuote. I risultati hanno permesso ai ricercatori di creare una nuova mappa dell'interno della piramide senza mettere piede al suo interno.
Gupta ei suoi colleghi hanno utilizzato un metodo simile per mappare l'energia all'interno della nube temporalesca di Ooty. Invece di lottare con la pietra, tuttavia, i muoni che cadevano attraverso la nuvola affrontarono un campo elettrico turbolento.
"I temporali hanno uno strato caricato positivamente sulla parte superiore e uno strato caricato negativamente sul fondo", ha detto Gupta. "Se un muone caricato positivamente colpisce la nuvola mentre piove dall'alto dell'atmosfera, verrà respinto e perderà energia". [Infografica: come funziona il fulmine]
Utilizzando una serie di sensori di rilevamento di muoni e quattro monitor di campo elettrico distribuiti su diverse miglia, i ricercatori hanno misurato il calo medio di energia tra i muoni che sono passati attraverso la nube temporalesca e quelli che non l'hanno attraversata. Da questa perdita di energia, il team è stato in grado di calcolare la quantità di potenziale elettrico attraversato dalle particelle nella nube temporalesca.
È stato enorme.
"Gli scienziati hanno stimato che le nuvole temporalesche avrebbero potuto avere un potenziale gigavolt negli anni '20", ha detto Gupta, "ma non è mai stato dimostrato - fino ad ora".
Mappatura del tuono
Una volta che i ricercatori hanno conosciuto il potenziale elettrico della nuvola, hanno voluto fare un ulteriore passo avanti e misurare con precisione quanta potenza trasportava la nube temporalesca mentre ruggiva su Ooty.
Utilizzando i dati dei loro monitor di campo elettrico ampiamente dispersi, il team ha inserito alcuni dettagli importanti sulla nuvola, ovvero viaggiava a circa 40 mph (60 km / h) ad un'altitudine di 7 miglia (11,4 chilometri) sul livello del mare, aveva un'area stimata di 146 miglia quadrate (380 km quadrati, un'area circa sei volte la dimensione di Manhattan) e ha raggiunto il suo massimo potenziale elettrico solo 6 minuti dopo la comparsa.
Armati di questa conoscenza, i ricercatori sono stati finalmente in grado di calcolare che il temporale ha trasportato circa 2 gigawatt di potenza, rendendo questa singola nuvola più potente delle più potenti centrali nucleari del mondo, ha detto Gupta.
"La quantità di energia immagazzinata qui è sufficiente per fornire tutto il fabbisogno energetico di una città come New York City per 26 minuti", ha detto Gupta. "Se potresti sfruttarlo. "
Con la tecnologia attuale, questa è una prospettiva improbabile, ha osservato Gupta: la quantità di energia dissipata da una tale tempesta è così alta che probabilmente scioglierebbe qualsiasi conduttore.
Tuttavia, il potenziale violentemente potente dei temporali potrebbe aiutare a risolvere un mistero cosmico che scienziati come Gupta ei suoi colleghi hanno chiesto per decenni: perché i satelliti a volte rilevano raggi gamma ad alta energia che esplodono dall'atmosfera terrestre, quando dovrebbero piovere dallo spazio?
Secondo Gupta, se i temporali possono effettivamente creare un potenziale elettrico maggiore di un gigavolt, potrebbero anche accelerare gli elettroni abbastanza rapidamente da rompere altri atomi nell'atmosfera, producendo lampi di raggi gamma..
Questa spiegazione richiede ulteriori ricerche per verificarne l'accuratezza, ha detto Gupta. Nel frattempo, assicurati di ammirare la prossima nube temporalesca che vedi, perché è una forza della natura insondabilmente potente e, per favore, pensaci due volte prima di far volare un aquilone.
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