Της Κωνσταντίνας Χούτα*
Το εντυπωσιακό φαινόμενο εξακολουθεί να δίνει «τροφή για σκέψη» στους ερευνητές. Η καταιγίδα πλησιάζει, τα σύννεφα πυκνώνουν κι ο ουρανός σκοτεινιάζει. Μια αστραπή σκίζει τον ουρανό και ο υπόκωφος ήχος της βροντής, που τη συνοδεύει, αντηχεί παντού. Το φαινόμενο του κεραυνού, αν και οικείο σε όλους, φαίνεται να κρύβει τα δικά του μυστικά. Μυστικά που οι επιστήμονες μελετούν από δεκαετίες και σιγά σιγά αποκαλύπτονται. Σύμφωνα με τους ερευνητές της NASA, οι κεραυνοί δεν είναι αποκλειστικά γήινο φαινόμενο, καθώς παρατηρούνται στην ατμόσφαιρα κι άλλων πλανητών, συγκεκριμένα του Δία, του Κρόνου και της Αφροδίτης. Πρόσφατη έρευνα, επίσης, από επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Κιότο, στην Ιαπωνία, υποστηρίζει ότι οι αστραπές αλληλεπιδρούν με τα μόρια του αέρα και παράγουν αντιύλη στην ατμόσφαιρα.
Μία μέση αστραπή μεταφέρει ενέργεια πάνω από μισό δισεκατομμύριο joule, όση περίπου παράγει ένας σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε ένα δευτερόλεπτο. Η θερμοκρασία στην περιοχή όπου δημιουργείται η αστραπή αγγίζει θερμοκρασίες υψηλότερες κι από αυτές που επικρατούν στην επιφάνεια του ήλιου. Τα μόρια του αέρα διαστέλλονται, λόγω αυτής της ξαφνικής αύξησης της θερμοκρασίας, και η βροντή ξεκινάει το ηχητικό ταξίδι της. Η λάμψη που βλέπουμε στον ουρανό οφείλεται στην εκπομπή φωτονίων από τα άτομα του αέρα, τα οποία «επιστρέφουν» μ' αυτόν τον τρόπο την επιπλέον ενέργεια που απορρόφησαν. Ωστόσο, αυτή η λάμψη είναι μικρό μόνο ποσοστό της ακτινοβολίας που εκπέμπεται, η οποία εκτείνεται από ραδιοκύματα μέχρι ακτίνες Χ και ακτίνες-γ, συχνότητες που δεν είναι ορατές από το ανθρώπινο μάτι.
Ακτίνες-γ
Οι επιστήμονες έχουν από καιρό ανιχνεύσει την ύπαρξη ακτίνων-γ στην ατμόσφαιρα, οι οποίες είναι αρκετά ισχυρές ώστε να προκαλέσουν πυρηνικές αντιδράσεις. Παρ'' όλα αυτά, δεν ήταν σε θέση να περιγράψουν επακριβώς την αλληλεπίδρασή τους με τα μόρια των στοιχείων της ατμόσφαιρας. «Γνωρίζαμε ήδη ότι οι αστραπές εκπέμπουν ακτίνες-γ και υποθέταμε ότι με κάποιον τρόπο αντιδρούν με τους πυρήνες των στοιχείων της ατμόσφαιρας. Καθώς οι παράκτιες περιοχές της Ιαπωνίας είναι ιδανικές για την παρατήρηση ισχυρών καταιγίδων και κεραυνών, το 2015 αποφασίσαμε να εγκαταστήσουμε μια σειρά από ανιχνευτές ακτινοβολίας-γ σε διάφορα σημεία, κοντά στην ακτή», δήλωσε ο δρ Τερουάκι Ενότο, επικεφαλής της έρευνας.
Από την ανάλυση των δεδομένων μιας καταιγίδας που «χτύπησε» την περιοχή τον περασμένο Φεβρουάριο, η ομάδα του δρος Ενότο ανίχνευσε τρεις ξεχωριστές «εκρήξεις» ακτινοβολίας-γ, ύστερα από την εμφάνιση ενός κεραυνού. Η πρώτη προερχόταν άμεσα από την αστραπή, ενώ η δεύτερη ήταν αποτέλεσμα της αντίδρασης της αστραπής με το άζωτο που υπάρχει στην ατμόσφαιρα. Ουσιαστικά, οι ακτίνες-γ προκάλεσαν απώλεια νετρονίων από τα μόρια του αζώτου και η επαναπορρόφηση αυτών των νετρονίων από άλλα ατμοσφαιρικά σωματίδια ήταν αυτή που προκάλεσε τη δεύτερη εκπομπή ακτίνων-γ. Το τρίτο επεισόδιο εκπομπής ακτινοβολίας-γ προκλήθηκε από τη διάσπαση των ασταθών πλέον ατόμων του αζώτου και την απελευθέρωση ποζιτρονίων. Τα ποζιτρόνια, που είναι το αντισωματίδιο του ηλεκτρονίου, αλληλοεξουδετερώθηκαν με τα ηλεκτρόνια, με αποτέλεσμα την απελευθέρωση ακτινοβολίας-γ.
Κατά τον δρα Ενότο, η έρευνά τους απέδειξε για πρώτη φορά ότι η αντιύλη είναι κάτι που μπορεί να υπάρξει στη φύση, λόγω κοινών μηχανισμών. «Είχαμε την εντύπωση ότι η αντιύλη είναι κάτι που υπάρχει μόνο στην επιστημονική φαντασία», δήλωσε. «Ποιος να το φανταζόταν ότι βρίσκεται πάνω από τα κεφάλια μας, μια βροχερή ημέρα;».
Οταν τα αεροπλάνα συναντούν κεραυνούς...
Τα σύγχρονα αεροσκάφη είναι ειδικά κατασκευασμένα, ώστε να μην επηρεάζονται σε περίπτωση που χτυπηθούν από κεραυνό. Γενικά, οι πιλότοι φροντίζουν να αποφεύγουν τις καταιγίδες, όμως ορισμένες φορές η συνάντηση αεροπλάνου και κεραυνού είναι αναπόφευκτη. Συνήθως, ο κεραυνός χτυπά κάποιο από τα άκρα του αεροπλάνου, όπως τα πτερύγια ή τη μύτη. Το ρεύμα ταξιδεύει μέσω του μεταλλικού κελύφους του αεροπλάνου και εξέρχεται από κάποιο άλλο σημείο - για παράδειγμα, την ουρά. Το κέλυφος περιβάλλεται από λεπτό στρώμα μετάλλου, το οποίο, στην περίπτωση «συνάντησης» με κεραυνό, λειτουργεί ως αγωγός, που «οδηγεί» το ρεύμα εκτός του αεροσκάφους. Οι επιβάτες και το πλήρωμα ενδεχομένως να αντιληφθούν κάποια λάμψη, όμως δεν διατρέχουν κίνδυνο, καθώς η καμπίνα των επιβατών προστατεύεται από το ηλεκτρικό ρεύμα. Επιπλέον, οι δεξαμενές καυσίμων, το μεταλλικό περίβλημα του αεροσκάφους και οι αεραγωγοί είναι όλα κατάλληλα σχεδιασμένα και μονωμένα, ώστε να αντέχουν το οποιονδήποτε χτύπημα από κεραυνό.
*Κάθε μέρα στην εφημερίδα «Φιλελεύθερος», οι συνεργάτες του μη κερδοσκοπικού οργανισμού επικοινωνίας επιστημονικών θεμάτων στο ευρύ κοινό SciCo παρουσιάζουν με απλά λόγια ένα θέμα που φέρνει την επιστήμη πιο κοντά μας.
