Quando Benjamin Franklin legò una chiave a un aquilone e lo lanciò in una tempesta di fulmini, divenne brevemente un apparecchio collegato al più potente generatore di energia sulla Terra.
Franklin sapeva, come la maggior parte della gente, che i temporali sono incredibilmente potenti. I ricercatori hanno cercato di stimare con precisione Come potente per più di un secolo, ma sono sempre venuti meno: anche i più sofisticati sensori aerotrasportati sono inadeguati perché le nuvole temporalesche sono troppo grandi e imprevedibili per misurare.
Ora, in un articolo pubblicato il 15 marzo sulla rivista Physical Review Letters, i ricercatori di Ooty, in India, hanno trovato una nuova scioccante risposta, grazie al piccolo aiuto di alcuni raggi cosmici.
Utilizzando una serie di sensori progettati per misurare i campi elettrici e l'intensità dei muoni - particelle pesanti che piovono costantemente dall'atmosfera superiore della Terra, decadendo mentre attraversano la materia - il team ha misurato la tensione di una grande nuvola temporalesca che si è riversata su Ooty per 18 minuti il 1 ° dicembre 2014. I ricercatori hanno scoperto che, in media, il cloud è stato caricato con circa 1,3 gigavolt di elettricità, che è 1,3 volte 10 ^ 9 volt - circa 10 milioni di volte più tensione di quella fornita da una tipica presa di corrente Nord America.
"Questo spiega perché le nuvole temporalesche sono così distruttive", ha detto a Live Science il coautore dello studio Sunil Gupta, un ricercatore di raggi cosmici presso il Tata Institute of Fundamental Research dell'India. "Se dissipi questa enorme quantità di energia attraverso qualsiasi cosa, causerà gravi devastazioni".
Piove muoni
Gupta e i suoi colleghi studiano principalmente i muoni, particelle simili a elettroni che si creano quando i raggi cosmici colpiscono vari atomi nell'atmosfera terrestre. Queste particelle hanno circa la metà della rotazione degli elettroni ma 200 volte il peso e sono molto brave a penetrare nella materia. Un muone che piove dall'atmosfera può viaggiare in profondità nell'oceano o miglia sottoterra in una frazione di secondo, purché abbia abbastanza energia.
I muoni perdono energia quando qualcosa si mette di mezzo, per esempio una piramide. All'inizio del 2018, gli scienziati hanno scoperto due camere precedentemente sconosciute all'interno della Grande Piramide di Giza installando rilevatori di muoni attorno alla struttura e misurando dove le particelle hanno perso (e non perso) energia. I muoni che passano attraverso i muri di pietra della piramide perdono più energia dei muoni che passano attraverso le grandi camere vuote. I risultati hanno permesso ai ricercatori di creare una nuova mappa degli interni della piramide senza metterne piede all'interno.
Gupta e i suoi colleghi hanno usato un metodo simile per mappare l'energia all'interno della nuvola temporalesca di Ooty. Invece di lottare con la pietra, tuttavia, i muoni che cadono attraverso la nuvola affrontarono un campo elettrico turbolento.
"I temporali hanno uno strato carico positivamente nella parte superiore e uno strato caricato negativamente nella parte inferiore", ha detto Gupta. "Se un muone carico positivamente colpisce la nuvola mentre piove dall'atmosfera superiore, verrà respinto e perderà energia."
Utilizzando una serie di sensori di rilevamento dei muoni e quattro monitor di campo elettrico distribuiti su diverse miglia, i ricercatori hanno misurato la caduta media di energia tra i muoni che attraversavano la nube temporalesca e quelli che non vi passavano. Da questa perdita di energia, il team è stato in grado di calcolare la quantità di potenziale elettrico che le particelle avevano attraversato nella nuvola di tuono.
È stato enorme.
"Gli scienziati hanno stimato che le nuvole temporalesche potrebbero avere un potenziale gigavolt negli anni '20", ha detto Gupta, "ma non è mai stato provato - fino ad ora".
Mappatura del tuono
Una volta che i ricercatori hanno conosciuto il potenziale elettrico della nuvola, hanno voluto fare un ulteriore passo avanti e misurare con precisione quanta potenza la nube temporalesca portava mentre ruggiva su Ooty.
Usando i dati dei loro monitor di campo elettrico ampiamente dispersi, il team ha inserito alcuni importanti dettagli sul cloud, che viaggiava a circa 60 miglia all'ora (60 km / h) ad un'altitudine di 11 km sul livello del mare, aveva un'area stimata di 146 miglia quadrate (380 km quadrati, un'area circa sei volte più grande di Manhattan) e raggiunse il suo massimo potenziale elettrico solo 6 minuti dopo la sua comparsa.
Armati di questa conoscenza, i ricercatori sono stati finalmente in grado di calcolare che il temporale ha portato circa 2 gigawatt di potenza, rendendo questa singola nuvola più potente delle centrali nucleari più potenti del mondo, ha detto Gupta.
"La quantità di energia immagazzinata qui è sufficiente per soddisfare tutte le esigenze energetiche di una città come New York City per 26 minuti", ha detto Gupta. "Se potresti sfruttarlo ".
Con la tecnologia attuale, questa è una prospettiva improbabile, Gupta ha osservato: la quantità di energia dissipata da una tale tempesta è così alta che probabilmente si scioglierebbe qualsiasi conduttore.
Tuttavia, il potenziale violentemente potente dei temporali potrebbe aiutare a risolvere un mistero cosmico che scienziati come Gupta e i suoi colleghi hanno chiesto per decenni: perché i satelliti a volte rilevano raggi gamma ad alta energia che esplodono dall'atmosfera terrestre, quando dovrebbero piovere dallo spazio ?
Secondo Gupta, se i temporali possono effettivamente creare un potenziale elettrico maggiore di un gigavolt, potrebbero anche accelerare gli elettroni abbastanza rapidamente da spezzare altri atomi nell'atmosfera, producendo lampi di raggi gamma.
Questa spiegazione richiede ulteriori ricerche per verificarne l'accuratezza, ha affermato Gupta. Nel frattempo, assicurati di meravigliarti della prossima nube temporalesca che vedi, perché è una forza insondabilmente potente della natura - e, per favore, pensaci due volte prima di far volare un aquilone.
