L’énergie nécessaire aux orages pourrait provenir d’une avalanche d’électrons ensemencé par extraterrestre rayons cosmiquesune nouvelle étude affirme.
Les scientifiques savaient déjà que la foudre est une décharge électrique entre les clichés de tonnerre et la surface de la Terre, mais exactement comment les nuages de tempête obtiennent un champ électrique suffisamment puissant pour lancer un boulon est resté un mystère depuis des siècles.
Maintenant, une nouvelle étude a utilisé des modèles informatiques pour révéler que la foudre frappe à la suite d’une puissante réaction en chaîne qui commence dans l’espace. Les chercheurs ont publié leurs résultats le 28 juillet dans le Journal of Geophysical Research: atmosphères.
« Nos résultats fournissent la première explication précise et quantitative de la façon dont la foudre s’installe dans la nature », auteur principal de l’étude Victor Paskoprofesseur de génie électrique à la Penn State School of Electrical Engineering and Computer Science, dit dans un communiqué. « Il relie les points entre les rayons X, les champs électriques et la physique des avalanches électroniques. »
La nature électrique de Lightning a été confirmée par Benjamin Franklin en 1752. Emblématique de Franklin, bien que Souvent déformél’expérience impliquait de piloter un cerf-volant apposé sur un fil de 1 pieds de long (0,3 mètre) à une extrémité et une ficelle attachée à une clé avec l’autre, que Franklin a tenu avec un ruban de soie. Lorsqu’une tempête est arrivée, le cerf-volant est devenu électrifié et la ficelle est devenue mouillée, de sorte qu’une petite étincelle a sauté de la clé à son doigt tendu.
Malgré cette découverte, les données enregistrées par les avions et les ballons météorologiques montrent que le champ électrique nécessaire pour que les électrons en cascade sur terre sont environ 10 fois plus élevé que celle a réellement mesuré à l’intérieur des nuages de tempête.
Il existe deux théories concurrentes pour expliquer comment la foudre se produit réellement. La première électricité statique atmosphérique postule que le frottement entre les touffes de glace dans les nuages de tempête sépare les électrons chargés négativement des atomesles faisant accumuler jusqu’à ce qu’ils ionisent des particules dans l’atmosphère en dessous d’eux, libérant suffisamment d’électrons pour courir au sol le long de plusieurs chemins de forking.
Dans la deuxième théorie, cette ionisation initiale est réalisée par les rayons cosmiques – particules subatomiques à haute énergie (principalement des protons) de l’espace qui frappent la haute atmosphère. Ces rayons viennent de le soleil; explosions stellaires appelées supernovas; Les étoiles à neutrons tournant rapidement appelées pulsars; et d’autres sources inconnues. Lorsque les particules cosmiques frappent l’atmosphère, elles créent une panne d’électrons en flèche qui se termine par une cascade étouffante.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont regroupé des données à partir de capteurs au sol, de satellites et de plans d’espionnage à haute altitude, et ont égalé les informations à un modèle mathématique qui a simulé les conditions dans un nuage de tempête précédant une frappe.
Les simulations du modèle ont soutenu la théorie des rayons cosmiques, montrant que les électrons produits par des protons à grande vitesse ont accéléré le long des lignes de champ électrique et se multiplient lorsqu’ils ont frappé des molécules dans l’atmosphère, comme l’azote et l’oxygène. Cela conduit à une avalanche d’électrons, produisant les photons à haute énergie qui déclenchent la foudre, selon les chercheurs.
Étonnamment, le modèle explique également pourquoi des éclairs de rayons gamma – des photons à haute énergie – et des rayons X se produisent avant les coups de foudre.
« Dans notre modélisation, les rayons X à haute énergie produits par des avalanches d’électrons relativistes génèrent de nouveaux électrons de graines entraînés par l’effet photoélectrique dans l’air, amplifiant rapidement ces avalanches », a déclaré Pasko. « En plus d’être produit en volumes très compacts, cette réaction en chaîne en fuite peut se produire avec une résistance très variable, conduisant souvent à des niveaux détectables de rayons X, tout en étant accompagnés d’émissions optiques et radio très faibles. Cela explique pourquoi ces éclairs gamma peuvent émerger à partir de régions source qui semblent optiquement faibles et radio. »
