Сколько вольт в одном грозовом облаке?

Рубрика «Неглупые вопросы»

Когда Бенджамин Франклин привязал ключ к воздушному змею и отправил их ввысь к грозовому облаку, он ненадолго “подключился” к самому мощному генератору на Земле. Франклин, как и вы, знал, что грозовые тучи невероятно мощны. Вопрос в том, насколько?

За последнее столетие исследователи не раз пытались вычислить, сколько силы в этих облаках, но это не удавалось. Даже самые сложные воздушные датчики не способны охватить нечто настолько огромное и непредсказуемое, как грозовое облако.

И вот в середине марта индийские ученые опубликовали свою оценку в журнале Physical Review Letters. Найти ответ им помогли космические лучи.

Команда измерила напряжение огромного грозового облака, пролетавшего над Утакамандом (Индия) в течение 18 минут 1 декабря 2014 года. Для этого они воспользовались рядом датчиков, спроектированных для измерения электрических полей и интенсивности мюонов—тяжелых частиц, постоянно “осыпающихся” на Землю из верхних слоев атмосферы и разлагающихся при прохождении через материю.

Оказалось, что в среднем напряжение в облаке составляло 1.3 гигавольта.

Дождь из мюонов

Мюоны—похожие на электроны частицы, которые создаются, когда космические лучи сталкиваются с различными атомами в атмосфере Земли. Их спин—1/2 спина электрона, но при этом они в 200 тяжелее и очень хорошо проникают через материю.

Мюоны теряют энергию, когда что-то оказывается у них на пути. Например, пирамида. В начале 2018 года ученые с помощью детекторов мюонов обнаружили внутри пирамиды Хеопса две неисследованные комнаты. Проходя через стены мюоны теряли намного больше энергии, чем проходя через комнаты.

Схожим методом индийские ученые измерили энергию в грозовом облаке. Только вместо камня мюоны натыкались на турбулентное электрическое поле.

У грозовых облаков есть позитивно заряженный слой сверху и отрицательно заряженный слой снизу. Если позитивно заряженный мюон попадает в такое облако, он теряет энергию.

Используя ряд датчиков мюонов и четыре устройства контроля воздействия электрического поля, расположенных в нескольких километрах друг от друга, ученые смогли измерить разницу в сокращении энергии у тех мюонов, которые прошли через облако, и у тех, которые пролетели мимо. Из потери энергии команда вывела разность потенциалов, через которую прошли эти частицы.

Значение было огромным. 

Еще в 1920-х ученые выдвинули предположение, что напряжение в грозовых облаках измеряется гигавольтами, но лишь сейчас это удалось доказать.

Карта облака

Чтобы вычислить напряжение всего облака, ученые учли скорость, высоту и примерную площадь облака. Оказалось, что напряжение в облаке достигало 2 гигавольт. Это больше, чем у самых мощных атомных электростанций мира.

Этой энергии хватит на то, чтобы питать город размером с Нью-Йорк в течение 26 минут! Если, конечно, вам удастся эту энергию собрать.

Современные технологии этого не позволяют. Такое количество энергии расплавит любой проводник.

И все же подобные грозовые тучи могут быть полезны… в исследовании космоса. Например, ответить на вопрос, почему спутники иногда регистрируют высокоэнергетические гамма-лучи, идущие от атмосферы Земли?

Но для начала ученые займутся перепроверкой результатов. А нам остается восхищаться мощью облаков.

Источник: zen.yandex.ru