Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà khoa học đã sử dụng kính viễn vọng vô tuyến LOFAR để nghiên cứu sự phát triển của tia chớp với chi tiết chưa từng có. Công trình của họ cho thấy rằng các điện tích âm bên trong tiếng sét không được thải ra trong một chớp nhoáng, nhưng một phần được lưu trữ dọc theo kênh dẫn đầu tại Interruptions, bên trong các cấu trúc mà các nhà nghiên cứu gọi là kim tiêm. Điều này có thể gây ra một lần xả xuống đất.
Trái ngược với niềm tin phổ biến, sét thường tấn công hai lần, nhưng lý do tại sao một kênh sét được ‘tái sử dụng’ vẫn còn là một bí ẩn. Giờ đây, một nhóm nghiên cứu quốc tế do Đại học Groningen dẫn đầu đã sử dụng kính viễn vọng vô tuyến LOFAR để nghiên cứu sự phát triển của tia chớp với chi tiết chưa từng có. Công trình của họ tiết lộ rằng các điện tích âm bên trong tiếng sét không được xả hết trong một chớp nhoáng, nhưng một phần được lưu trữ dọc theo kênh dẫn đầu tại Interruptions. Điều này xảy ra bên trong các cấu trúc mà các nhà nghiên cứu đã gọi là kim. Thông qua các kim này, một điện tích âm có thể gây ra sự phóng điện liên tục xuống đất. Kết quả được công bố vào ngày 18 tháng 4 trên tạp chí khoa học Nature .
Kim tiêm
“Phát hiện này trái ngược hoàn toàn với bức tranh hiện tại, trong đó điện tích chảy dọc theo các kênh plasma trực tiếp từ một phần của đám mây sang phần khác hoặc xuống mặt đất”, Olaf Scholten, Giáo sư Vật lý tại Viện KVI-Cart giải thích Đại học Groningen. Lý do tại sao kim chưa bao giờ được nhìn thấy trước đây nằm trong ‘khả năng tối cao’ của LOFAR, đồng nghiệp của ông, Tiến sĩ Brian Hare, tác giả đầu tiên của bài báo: “Những chiếc kim này có thể có chiều dài 100 mét và đường kính dưới năm mét, và quá nhỏ và quá ngắn cho các hệ thống phát hiện sét khác. “
Mảng tần số thấp (LOFAR) là một kính viễn vọng vô tuyến của Hà Lan bao gồm hàng ngàn ăng ten khá đơn giản trải rộng khắp Bắc Âu. Các ăng ten này được kết nối với một máy tính trung tâm thông qua cáp quang, có nghĩa là chúng có thể hoạt động như một thực thể duy nhất. LOFAR được phát triển chủ yếu cho các quan sát thiên văn vô tuyến, nhưng dải tần số của ăng ten cũng làm cho nó phù hợp cho nghiên cứu sét, vì phóng điện tạo ra các vụ nổ trong dải vô tuyến VHF (tần số rất cao).
Bên trong đám mây
Đối với các quan sát sét hiện nay, các nhà khoa học chỉ sử dụng các trạm LOFAR của Hà Lan, có diện tích 3.200 km2. Nghiên cứu mới này đã phân tích các dấu vết thời gian thô (chính xác đến một nano giây) khi được đo trong dải 30-80 MHz. Brian Hare: “Những dữ liệu này cho phép chúng tôi phát hiện sự lan truyền sét ở quy mô, lần đầu tiên, chúng tôi có thể phân biệt các quá trình chính. Ngoài ra, việc sử dụng sóng vô tuyến cho phép chúng tôi nhìn vào bên trong tiếng sét, nơi phần lớn sét nằm trong đó . “
Sét xảy ra khi các bản cập nhật mạnh tạo ra một loại tĩnh điện trong các đám mây tích lũy lớn. Các phần của đám mây trở nên tích điện dương và các phần khác tiêu cực. Khi sự phân tách điện tích này đủ lớn, một sự phóng điện dữ dội sẽ xảy ra, mà chúng ta gọi là sét. Sự phóng điện như vậy bắt đầu bằng một plasma, một khu vực nhỏ của không khí bị ion hóa đủ nóng để dẫn điện. Khu vực nhỏ này phát triển thành một kênh plasma rẽ nhánh có thể đạt chiều dài vài km. Các đầu dương của kênh plasma thu thập các điện tích âm từ đám mây, đi qua kênh tới đầu âm, nơi điện tích được thải ra. Người ta đã biết rằng một lượng lớn khí thải VHF được tạo ra ở các đầu phát triển của các kênh âm trong khi các kênh tích cực chỉ hiển thị lượng phát thải dọc theo kênh chứ không phải ở đầu.
Một thuật toán mới
Các nhà khoa học đã phát triển một thuật toán mới cho dữ liệu LOFAR, cho phép họ hình dung được phát xạ vô tuyến VHF từ hai tia chớp. Mảng ăng ten và dấu thời gian rất chính xác trên tất cả các dữ liệu cho phép chúng xác định chính xác các nguồn phát xạ với độ phân giải chưa từng có. Giáo sư Scholten nói: “Gần với khu vực lõi của LOFAR, nơi mật độ ăng-ten cao nhất, độ chính xác không gian là khoảng một mét”. Hơn nữa, dữ liệu thu được có khả năng định vị nguồn VHF gấp 10 lần so với các hệ thống hình ảnh ba chiều khác, với độ phân giải tạm thời trong phạm vi nano giây. Điều này dẫn đến hình ảnh 3D có độ phân giải cao của tia sét.
Phá vỡ
Các kết quả cho thấy rõ ràng sự xuất hiện của một sự cố trong kênh xả, tại một vị trí nơi kim được hình thành. Chúng xuất hiện để xả các khoản phí âm từ kênh chính, sau đó nhập lại vào đám mây. Việc giảm phí trong kênh gây ra sự phá vỡ. Tuy nhiên, một khi điện tích trong đám mây đủ cao trở lại, dòng chảy qua kênh được phục hồi, dẫn đến sự phóng điện thứ hai của sét. Theo cơ chế này, sét sẽ tấn công trong cùng một khu vực nhiều lần.
Scholten: “Phát thải VHF dọc theo kênh dương là do sự phóng điện lặp đi lặp lại thường xuyên dọc theo các kênh bên được hình thành trước đó, các kim này xuất hiện để tiêu hao điện tích theo cách xung.” Đây là một hiện tượng hoàn toàn mới, giáo sư Joe Dwyer thuộc Đại học New Hampshire (Mỹ), tác giả thứ ba của bài báo cho biết: “Các kỹ thuật quan sát mới của chúng tôi cho thấy một lượng lớn kim tiêm trong chớp nhoáng, chưa từng thấy trước đây.” Và Brian Hare kết luận: “Từ những quan sát này, chúng tôi thấy rằng một phần của đám mây được sạc lại và chúng tôi có thể hiểu tại sao một tia sét xuống mặt đất có thể lặp lại vài lần.”
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Groningen . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :