تأثيرات العواصف الرعدية الكهربائية لا تقتصر فقط على ارتفاعات عالية في الغلاف الجوي. بالقرب من سطح الأرض، يهتز غلافنا الجوي مع مجالات كهربائية مكثفة تسارع الجسيمات، مما يدفع الإلكترونات بطرق تجبر الذرات على التوهج بأشعة غاما.
من قمة جبل في أرمينيا، قام العلماء بإلقاء نظرة فاحصة على هذه الظاهرة الجوية الغامضة.
في منشأة الأشعة الكونية بمختبر أليكانيان الوطني للعلوم على جبل أراغاتس، يعمل الفيزيائي أشوت تشيلينغاريان وزملاؤه لفهم تعزيزات الأرض الناتجة عن العواصف الرعدية أو TGEs.
يقول تشيلينغاريان إن هذا التعزيز الكهرومغناطيسي قد تم تجاهله في أبحاث العواصف الرعدية – لكنه قد يكون جزءًا من اللغز في فهمنا للكون الفيزيائي، بدءًا من العواصف الرعدية هنا على الأرض وصولاً إلى الأشعة الكونية التي تسافر لمسافات شاسعة عبر الفضاء.
“يحدث 40,000 عاصفة رعدية كل يوم. العديد من الشبكات التي تكشف عن التفريغات الجوية والأقمار الصناعية المزودة بأدوات بصرية دقيقة تراقب ومضات البرق. ومع ذلك، عندما بدأنا بحث TGEs، لم يكن هناك أحد يراقب التدفق الهائل للإلكترونات ذات الطاقة العالية (MeV) التي تضرب كوكبنا والفضاء فوقه”، كما أخبر ScienceAlert.
“قمنا بتأسيس شبكة كاشفات SEVAN قبل عشر سنوات لمراقبة TGEs في شرق أوروبا وألمانيا وأرمينيا. تغطي مسرعات الإلكترون ذات الطاقات العالية عدة ميغا إلكترون فولت (MeV) أحجامًا شاسعة في الغلاف الجوي والعديد من الكيلومترات المربعة على سطح الأرض.”
“هذا التدفق الهائل مصحوب بالحياة على الأرض خلال مليار سنة من التطور ويؤثر بالتأكيد على جميع جوانب الفضاء الجيولوجي والبيوسفير.”
تتكون TGEs من مجالات كهربائية في الغلاف الجوي تتولد بواسطة العواصف الرعدية. داخل هذه المجالات الكهربائية، يتم تسريع الإلكترونات إلى سرعات عالية – سرعات تقترب من سرعة الضوء في الفراغ أو السرعات النسبوية.
هذه تُعرف باسم الانهيارات الإلكترونية النسبوية المتسارعة، المدفوعة بواسطة المجال الكهربائي نحو الأرض وأعلى نحو الغلاف الجوي. إنها هذه الإلكترونات التي تنتج الإشعاع.
عندما تتباطأ فجأة نتيجة تصادم مع نواة ذرية في الغلاف الجوي، يظهر فقد الطاقة كأشعة غاما – شكل معروف من الإشعاع يسمى إشعاع بريمسشتراهلونغ.
باستخدام شبكتهم من الكاشفات، جمع تشيلينغاريان وزملاؤه بيانات حول العواصف الرعدية عبر أوروبا عام 2023 ، وقاموا بإجراء قياسات مفصلة للإلكترونات وإشعاعات غاما التي حدثت خلال الـ56 TGE المكثفة التي سجلوها.
وقعت أقوى TGEs بشكل رئيسي بين مايو ويوليو ، وكان أقوى حدث تم تسجيله هو الذي وقع على جبل لومنيكي شتيت في سلوفاكيا خلال مايو. بالنسبة لهذا الحدث الواحد ، كان تدفق الجزئيات 100 مرة أعلى مما هو معتاد أثناء الطقس المعتدل. إجمالاً ، كان هناك سبع أحداث تجاوزت تدفق الطقس المعتدل بنسبة تزيد عن 75 بالمئة.
“نحن نقيس تدفق الإلكترونات المستقر عند سطح الأرض ، حيث يغطي مائة ألف متر مربع. يوفر بعض الآليات هذا الاستقرار لمدة دقيقة أو أكثر”، كما أوضح تشيلينغاريان.
“تنطلق شعاع إلكتروني هائل داخل السحابة الرعدية حيث يتغير هيكل الشحنة بسرعة ثانية واحدة. تؤدي التفريغات الجوية إلى قتل الفرق المحتمل ولكن التدفق يبقى مستقرًا. كان مثيرًا أن نقيس ذلك!”
ومن المدهش أن الباحثين وجدوا أيضًا أن المجال الكهربائي أقرب بكثير إلى السطح مما كانوا يتوقعونه. لقد قاسوا قوة مجال كهربائي قوية تصل حتى 50 متر (164 قدم) فوق سطح الأرض.
“كانت هذه الاكتشاف مذهلة لخبراء الأرصاد الجوية الذين لم يصدقوها حتى قدمنا أدلة شاملة”، كما لاحظ تشيلينغاريان.
الصمود المستمر للتسارع القادر على الحفاظ على تدفق الجزئيات لعدة دقائق بالإضافة إلى الارتفاع المنخفض للمجال الكهربائي يكشف تفاصيل جديدة حول بن structureة المجالات الكهربائية الجوية والعواصف الرعدية والتي لم نكن نعرفها سابقا.
مثلاً يمكن أن توفر TGEs مساراً يمكن أن تصل فيه ضربات البرق إلى السطح . ودورها في علم جيولوجيا الفضاء يحتاج للتحقيق . وقد جعل الباحثون قاعدة بيانات مفتوحة الوصول لـ TGE متاحة للمجتمع العلمي لاستكشافها وتحليلها.
بحثهم حول العواصف الرعدية هو جزء فقط مما يتم القيام به علي أراغاتس . هذا العام وصلت الشمس إلي ذروة نشاطها وهي تقترب إلي الحد الأقصى الشمسي , ذروة دورة نشاطها , مرسلةً جسيمات تنفجر إلي الفضاء مدفوعة بانفجارات جماعية إكليل الشمس .
تشيلينغاريان وزملاؤه اكتشفو أيضاً أحداث شمسية باستخدام المعدات الموجودة علي قمة الجبل , ونشر ثلاث أوراق بحثيه مع ورقة رابعة قيد الإعداد .
قال “الإنفجارات العنيفة داخل مجرتنا ترسل أيضاً جسيمات فائقة الطاقة إلي النظام الشمسي . مؤخراً تم اكتشاف مصادر بيڤاترون لأشعه جاما بقوة1015 eV . قمنا بتحليل نقدي لهذا الاكتشاف بناءً علي معرفتنا بالفيزياء الجوية ” قال تشيلينغاريان لـ ScienceAlert.
قال “التآزر بين المسرعات الهوائية و الفضائية والشمس مهم لفهم الطبيعه !”
ستُنشر النتائج قريباً ضمن مجلة Physical Review D .
