در هنگام طوفان شاهد رعد و برق های باشکوه در آسمان هستیم که همیشه حرکت آنها را از بالا به پایین است. هرچند که دانشمندان به تازگی متوجه رعد و برق های وارونه شده‌اند که از سمت ابرها به لایه‌های بالایی آسمان می‌روند.
یکی از قوی‌ترین و جذاب‌ترین نیروهای طبیعت از طوفان زاده می‌شود. این نیرو همان رعد و برق است که با شکاف‌های بزرگ نور آسمان را تکه تکه می‌کند، مقادیر زیادی الکتریسیته را به اتمسفر اطراف می‌تاباند و هنگامی که به زمان می‌رسد ترک می‌خورد.
اما این پدیده تجلی دیگری هم دارد که اخیرا به آن پی برده‌اند؛ این نیروی قوی گاهی اوقات به جای اینکه به سمت زمین بتابد، به شکل رعد و برق های وارونه از ابرها به سمت بالا فوران می‌کند و با یک پرتو بزرگ آبی نیروی الکتریسیته را به سمت استراتوسفر می‌فرستد.
طوفان اوکلاهاما از راز رعد و برق های وارونه پرده برداشت
اطلاعات کمی در مورد این پدیده وجود دارد؛ زیرا وقوع رعد و برق های وارونه غیرقابل پیش‌بینی هستند و در بالای لایه‌ای از ابرهای طوفانی رخ می‌دهد. همچنین به همین دلیل فراتر از دید اکثر مردم است.
اما به لطف دانشمندی در اوکلاهاما یکی از این رعد و برق های وارونه غول‌پیکر در سال ۲۰۱۸ بر فراز ابرها ثبت شد. سپس به کمک داده‌های جمع‌آوری شده توسط ابزارهای دیگر، دانشمندان توانستند این پدیده را به صورت سه بعدی و با جزئیات بررسی کنند. نتیجه این مطالعات، جزئیات جدیدی درباره این پدیده عجیب در اختیار ما می‌گذارد که به درک بهتر چگونگی و چرایی آن کمک می‌کند. Levi Boggs، مهندس و فیزیکدان موسسه تحقیقات و فناوری Georgia در این رابطه گفت:
ما توانستیم این رعد و برق های وارونه را با داده‌های باکیفیت به صورت سه بعدی نقشه‌برداری کنیم. ما توانستیم منابعی با فرکانس بسیار بالا (VHF) را در بالای ابرها مشاهده کنیم. ما قبلا به این سطح از جزئیات نرسیده بودیم. با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای و رادار متوجه شدیم که منبع اصلی بسیار داغ برای تخلیه این انرژی در کدام قسمت از بالای ابرها قرار گرفته است.
رعد و برق وارونه اوکلاهاما
فیلم این رعد وبرق وارونه بزرگ در شب ۱۴ ماه مه سال ۲۰۱۸ توسط دوربین نور کم Watec گرفته شد که در آن تخلیه عظیم انرژی به وضوح قابل مشاهده است. وقتی Boggs از این فیلم مطلع شد، بلافاصله به دنبال داده‌هایی گشت که ممکن بود این رویداد را توسط ابزارهای دیگری ثبت کرده باشند. وی بالاخره موفق شد و به داده‌های بسیار مفیدی هم دست یافت.
این رعد و برق وارونه در محدوده‌ای قرار داشت که توسط یک سیستم نقشه‌برداری آذرخش VHF به نام طیف نقشه‌برداری آذرخش (Lightning Mapping Array)، دو رادار آب و هوایی نسل بعد (NEXRAD) واقع در دو مرکز ملی اطلاعات زیست محیطی (NCEI) و ابزارهای ماهواره‌ای عملیاتی محیطی (GOES) مربوط به اداره ملی اقیانوسی و جوی (NOAA) ثبت شده بود.
حجم بالای داده‌ها به Boggs و همکارانش کمک کرد تا بتوانند یک تجزیه و تحلیل عمیق برای بازسازی پیچیدگی‌های رعد و برق های وارونه داشته باشند. Doug Mach فیزیکدان و مهندس از انجمن تحقیقات فضایی دانشگاه‌ها (USRA) گفت:
این واقعیت که رعد و برق های وارونه غول‌پیکر توسط چندین سیستم از جمله طیف نقشه‌برداری آذرخش و دو ابزار صاعقه نوری زمین ایستا شناسایی شده‌اند، یک رویداد منحصر به فرد بود و اطلاعات بسیار بیشتری درباره این پرتوهای غول‌پیکر در اختیار ما قرار داد. مهم‌تر از همه اینکه این احتمالا اولین بار است که یک پرتوی غول‌پیکر توسط یک مجموعه ابزار نقشه‌برداری آذرخش زمین ایستا (GLM) به صورت سه بعدی بر فراز ابرها نقشه‌برداری شده است.
داده‌های به دست آمده نشان داد که این پرتوی نور واقعا غول‌پیکر بوده است. در واقع این رعد و برق وارونه از ابرهایی با حداکثر ارتفاع ۸ کیلیومتر تا ارتفاعاتی ۱۰ برابر این ارتفاع پرتوافشانی کرده بود. این اندازه تقریبا اندازه خط کارمان است یعنی جایی که جو زمین به پایان می‌رسد و فضای بیرونی شروع می‌شود.
این پرتوافشانی یعنی اینکه حدود ۳۰۰ کولن بار الکتریکی را به اتمسفر فوقانی منتقل شده است. جالب است بدانید که یک رعد و برق معمولی ابر به ابر یا ابر به زمین فقط حدود ۵ کولن بار را حمل می‌کند.
این تیم تحقیقاتی همچنین توانست تشخیص دهد که منابع اصلی یعنی کانال‌های هوای یونیزه شده که در امتداد آنها تخلیه رعد و برق دیده می‌شود، بسیار داغ هستند و دمای آنها به بیش از ۴۷۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد. این در حالی است که استریمرهای پلاسما کوچک‌تر خیلی خنک‌تر بودند و دمای آنها حدود ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد بود.
محققان دریافتند که این استریمرها درست از قسمت فوقانی ابرهای بالایی شروع به انتشار کردند و به یونسفر پایینی در ارتفاع حدود ۸۰ کیلومتری سفر کردند. این امر یک اتصال الکتریکی بین قسمت بالایی ابرها و یونسفر ایجاد می‌کند و بار منفی را با سرعت هزاران آمپر در ثانیه منتقل می‌کند.
ابزارهای دیگر نشان دادند که اجزای نوری رعد و برق تقریبا نزدیک به قسمت بالایی ابرها در ارتفاع ۱۵ تا ۲۰ کیلومتری باقی ماندند. با این حال، انتشار VHF رعد و برق وارونه این ارتفاع را بسیار بالاتر یعنی در حدود ۲۲ تا ۴۵ کیلومتری تشخیص داد.
Steve Cummer از دانشگاه Duke می‌گوید:
VHF و سیگنال‌های نوری به طور قطع تایید موضوعاتی بودند که محققان به آنها شک داشتند و نمی‌توانستند ثابت کنند. این موضوعات درباره این بودند که رادیوی VHF از رعد و برق توسط سازه‌های کوچکی به نام استریمر ساطع می‌شود که در نوک رعد و برق در حال انتشار قرار دارند. در حالیکه قوی‌ترین جریان الکتریکی به طور قابل توجهی در پس نوک این رعد و برق قرار دارد که در یک کانال رسانای الکتریکی به نام رهبر جریان دارد.
با این حال، هنوز سوالات زیادی باقی مانده است. هنوز مشخص نیست که چرا وقتی بیشتر رعد و برق ها به سمت پایین یا طرفین می‌روند، برخی دیگر به سمت بالا شلیک می‌شوند. دانشمندان معتقدند که احتمالا یک چیزی مانع حرکت رعد و برق به سمت پایین یا به سمت ابرهای دیگر می‌شود.
طوفان اوکلاهاما یک نوع معمول از رعد و برق های وارونه نبود، چرا که به جای مناطق استوایی در عرض جغرافیایی بالا و در یک زمان غیرمعمول از سال رخ داد. این موضوع به یک سرنخ اشاره می‌کند: قبل از رعد و برق های وارونه غول پیکر، رعد و برق های بسیار کمی به سمت پایین دیده شده بودند. به هر دلیل، معمولا تخلیه‌های ابر به زمین سرکوب می‌شود. Boggs می‌گوید:
یک بار منفی ایجاد می‌شود و سپس فکر می‌کنیم که شرایط طوفانی بالاترین لایه بار را که معمولا مثبت است ضعیف می‌کند. در غیاب تخلیه‌های رعد و برقی که معمولا می‌بینیم، رعد و برق های وارونه ممکن است تجمع بار منفی اضافی در ابرها را کاهش دهد. بیایید امیدوار باشیم که رعد و برق های وارونه آینده پاسخ سوالات ما را داشته باشند.
منبع :Science Alert
