Apabila Benjamin Franklin mengikat kunci untuk layang-layang dan terbang ke dalam ribut petir, dia secara ringkas menjadi perkakas yang dipasang ke penjana kuasa terkuat di Bumi.
Franklin tahu, seperti kebanyakan orang lakukan, ribut petir itu sangat berkuasa. Penyelidik telah cuba membuat anggaran dengan tepat bagaimana berkuasa selama lebih daripada satu abad, tetapi sentiasa datang pendek - walaupun sensor udara yang paling canggih tidak mencukupi kerana kilat yang terlalu besar dan tidak dapat diramalkan untuk diukur.
Sekarang, dalam makalah yang disiarkan pada 15 Mac dalam jurnal Journal Review Letters, penyelidik di Ooty, India, telah mendapat jawapan baru yang mengejutkan - terima kasih sedikit bantuan dari beberapa sinar kosmik.
Menggunakan pelbagai sensor yang direka untuk mengukur medan elektrik dan keamatan muons - zarah berat yang sentiasa turun dari atmosfera bumi yang lebih tinggi, merosakkan ketika mereka melewati benda - pasukan mengukur voltan banjir besar yang melancarkan Ooty selama 18 minit pada 1 Disember 2014. Para penyelidik mendapati bahawa, secara purata, awan dikenakan dengan kira-kira 1.3 gigavolt elektrik, iaitu 1.3 kali 10 ^ 9 volt - kira-kira 10 juta kali lebih banyak voltan daripada dibekalkan oleh saluran kuasa biasa Amerika Utara.
"Ini menjelaskan mengapa kejatuhan kilat sangat merosakkan," kata penyelidik bersama Sunil Gupta, penyelidik sinar kosmik di Institut Penyelidikan Fundamental Tata India, memberitahu Live Science. "Jika anda menghilangkan tenaga yang besar ini melalui apa-apa, ia akan menyebabkan kemusnahan teruk."
Ia hujan muons
Gupta dan rakan-rakannya terutamanya mengkaji muons - zarah elektron seperti yang dicipta apabila sinar kosmik mengalir ke pelbagai atom di atmosfer bumi. Zarah-zarah ini mempunyai kira-kira separuh spin elektron tetapi 200 kali berat, dan sangat baik pada perkara menembusi. A muon yang turun dari atmosfera boleh bergerak jauh ke dalam lautan atau batu bawah tanah hanya dalam pecahan sesaat, selagi ia mempunyai tenaga yang cukup.
Mangku kehilangan tenaga mereka apabila sesuatu mendapat jalan mereka - misalnya, piramid, sebagai contoh. Pada awal tahun 2018, para saintis menemui dua bilik yang tidak diketahui di dalam Piramid Agung Giza dengan menubuhkan pengesan muon di sekitar struktur dan mengukur di mana zarah-zarah hilang (dan tidak hilang) tenaga. Tembok yang melewati dinding batu piramid hilang lebih banyak tenaga daripada muons yang melewati bilik besar dan kosong. Hasilnya membolehkan para penyelidik membuat peta baru dalam piramid di pedalaman tanpa meletakkan kaki di dalamnya.
Gupta dan rakan-rakannya menggunakan kaedah yang sama untuk memetakan tenaga di dalam Ooty thundercloud. Daripada bertanding dengan batu, bagaimanapun, muons jatuh melalui awan menghadapi medan elektrik bergolak.
"Ribut petir mempunyai lapisan positif yang dikenakan di atas dan satu lapisan negatif di bawah," kata Gupta. "Jika muon yang dikenakan positif menjejaskan awan kerana hujan turun dari atmosfera atas, ia akan ditolak dan kehilangan tenaga."
Menggunakan pelbagai sensor pengesan muon dan empat monitor medan elektrik yang tersebar beberapa batu, para penyelidik mengukur penurunan purata tenaga antara muons yang melewati bayang-bayang dan mereka yang tidak melaluinya. Daripada kehilangan tenaga ini, pasukan dapat mengira berapa banyak potensi elektrik zarah yang telah dilalui dalam awan guruh.
Ia sangat besar.
"Para saintis menganggarkan bahawa kilat boleh mempunyai potensi gigavolt pada tahun 1920-an," kata Gupta, "Tetapi ia tidak pernah terbukti - sehingga sekarang."
Pemetaan guntur
Sekali para penyelidik tahu potensi elektrik awan, mereka ingin melangkah lebih jauh dan mengukur dengan tepat berapa banyak kuasa kilat yang dibawa ketika ia mengerang di Ooty.
Menggunakan data dari monitor medan elektrik yang tersebar secara meluas, pasukan itu memenuhi beberapa butiran penting mengenai awan - yang bergerak pada kira-kira 40 mph (60 km / h) pada ketinggian 7 km (11.4 kilometer) di atas paras laut, mempunyai keluasan kira-kira 146 batu persegi (380 km persegi, kawasan sekitar enam kali saiz Manhattan), dan mencapai potensi maksimum elektriknya hanya 6 minit selepas muncul.
Berbekalkan pengetahuan ini, penyelidik akhirnya dapat mengira bahawa ribut petir membawa kira-kira 2 gigawatt kuasa, menjadikan awan tunggal ini lebih kuat daripada loji kuasa nuklear yang paling berkuasa di dunia, kata Gupta.
"Jumlah tenaga yang disimpan di sini cukup untuk membekalkan semua keperluan kuasa sebuah bandar seperti New York City selama 26 minit," kata Gupta. "Jika anda boleh memanfaatkannya. "
Dengan teknologi semasa, ini prospek yang tidak mungkin, Gupta menyatakan: Jumlah tenaga yang hilang oleh ribut begitu tinggi sehingga mungkin meleleh konduktor apa pun.
Namun, potensi kuat badai petir dapat membantu menyelesaikan misteri kosmik yang saintis seperti Gupta dan rekannya telah meminta beberapa dekad: Mengapa satelit kadang-kadang mengesan sinar gamma berkeupayaan tinggi dari atmosfer Bumi, ketika mereka harus turun dari ruang angkasa ?
Menurut Gupta, jika ribut petir itu dapat mencipta potensi elektrik yang lebih besar daripada satu gigavolt, mereka juga dapat mempercepatkan elektron dengan cepat untuk memecahkan atom-atom lain di atmosfera, menghasilkan kilat gamma.
Penjelasan ini memerlukan lebih banyak penyelidikan untuk mengesahkan ketepatannya, kata Gupta. Pada masa yang sama, pastikan anda mengagumi kejutan yang akan datang, kerana ia adalah kekuatan yang kuat dari alam semula jadi - dan, sila, berfikir dua kali sebelum terbang layang-layang.
