Embora os cientistas tenham entendido há muito tempo como os raios atingem, os eventos atmosféricos precisos que o desencadeiam dentro de trovões permaneceram um mistério desconcertante. O mistério pode ser resolvido, graças a uma equipe de pesquisadores liderados por Victor Pasko, professor de engenharia elétrica da Penn State College of Electrical Engineering and Pc Science, que revelou a poderosa reação em cadeia que desencadeia um raio.
No estudo publicado em 28 de julho no Jornal de Pesquisa Geofísicaos autores descreveram como eles determinaram campos elétricos fortes em clouds troveiros aceleram elétrons que colidem em moléculas como nitrogênio e oxigênio, produzindo raios-X e iniciando um dilúvio de elétrons adicionais e fótons de alta energia-a tempestade perfeita a partir da qual nasceram raios.
“Nossas descobertas fornecem a primeira explicação precisa e quantitativa de como os raios iniciam na natureza”, disse Pasko. “Ele conecta os pontos entre raios-X, campos elétricos e a física das avalanches de elétrons”.
A equipe usou modelagem matemática para confirmar e explicar observações de campo de fenômenos fotoelétricos na atmosfera da Terra-quando elétrons de energia relativística, que são semeados por raios cósmicos que entram na atmosfera do espaço sideral, multiplicarem em campos de trovoadas e emit breves burstes de fotón de alta energia. Esse fenômeno, conhecido como um flash de raios gama terrestre, compreende as rajadas invisíveis, naturalmente, de raios-X e emissões de rádio que acompanham.
“Ao simular as condições com nosso modelo que replicava as condições observadas no campo, oferecemos uma explicação completa para os raios-X e as emissões de rádio que estão presentes dentro de Thunderclouds”, disse Pasko. “Demonstramos como os elétrons, acelerados por fortes campos elétricos em clouds Thunders, produzem raios-X à medida que colidem com moléculas de ar como nitrogênio e oxigênio e criamos uma avalanche de elétrons que produzem fótons de alta energia que iniciam um raio”.
Zaid Pervez, um estudante de doutorado em engenharia elétrica, usou o modelo para corresponder às observações de campo-coletadas por outros grupos de pesquisa usando sensores, satélites e planos de espionagem de alta altitude-para as condições nas cláusulas Thunders.
“Explicamos como os eventos fotoelétricos ocorrem, que condições precisam ser em trovões para iniciar a cascata de elétrons e o que está causando a grande variedade de sinais de rádio que observamos nas nuvens antes de um raio”, disse Pervez. “Para confirmar nossa explicação sobre o início dos raios, comparei nossos resultados com modelagem anterior, estudos de observação e meu próprio trabalho sobre um tipo de raio chamado descargas compactas intercloud, que geralmente ocorrem em pequenas regiões localizadas em troveços”.
Publicado por Pasko e seus colaboradores em 2023, o modelo, a descarga de suggestions fotoelétrico, simula condições físicas nas quais um raio provavelmente se originará. As equações usadas para criar o modelo estão disponíveis no artigo para outros pesquisadores usarem em seu próprio trabalho.
Além de descobrir o início dos raios, os pesquisadores explicaram por que os flashes de raios gama terrestres são frequentemente produzidos sem flashes de rajadas de luz e rádio, que são assinaturas familiares de raios durante o tempo tempestuoso.
“Em nossa modelagem, os raios X de alta energia produzidos por avalanches relativísticos de elétrons geram novos elétrons de sementes acionados pelo efeito fotoelétrico no ar, ampliando rapidamente essas avalanches”, disse Pasko. “Além de ser produzido em volumes muito compactos, essa reação em cadeia descontrolada pode ocorrer com força altamente variável, geralmente levando a níveis detectáveis de raios-X, enquanto acompanhados por emissões ópticas e de rádio muito fracas. Isso explica por que esses flashes de raios gama podem surgir de regiões de origem que parecem opticamente sombrias e silêncio por rádio” “” “
Além de Pasko e Pervez, os co-autores incluem Sebastien Celestin, professor de física da Universidade de Orléans, França; Anne Bourdon, diretora de pesquisa da École Polytechnique, França; Reza Janalizadeh, cientista da ionosfera no Centro de Voo Espacial da NASA Goddard e ex -estudioso de pós -doutorado sob Pasko em Penn State; Jaroslav Jansky, professor assistente de engenharia e comunicação elétrica na Universidade de Tecnologia de Brno, República Tcheca; e Pierre Gourbin, estudioso de pós -doutorado de astrofísica e física atmosférica da Universidade Técnica da Dinamarca.
A Fundação Nacional de Ciências dos EUA, o Centro Nationwide D’Etudes Spatiales (CNEs), o Instituto Universitaire de France e o Ministério da Defesa da República Tcheca apoiaram esta pesquisa.
