Οι αστραπές έχουν χαρακτηριστικά ζιγκ-ζαγκ σχήματα και οι φυσικοί έχουν από καιρό αναρωτηθεί γιατί. Τώρα, Τζον Λόουκ και Endre Szili στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Αυστραλίας έχουν κάνει υπολογισμούς που θα μπορούσαν να εξηγήσουν αυτή τη συμπεριφορά.
Το δίδυμο δημιούργησε ένα μοντέλο που περιγράφει την ασυνήθιστη διάδοση των «ηγετών κεραυνών» - καναλιών ιονισμένου αέρα - που συνδέουν τα σύννεφα κεραυνών με το έδαφος. Προτείνουν ότι τα βήματα ζιγκ-ζαγκ συνδέονται με εξαιρετικά διεγερμένα, μετασταθερά άτομα οξυγόνου – τα οποία διευκολύνουν πολύ το ηλεκτρικό ρεύμα να ρέει μέσω του αέρα.
Οι αστραπές φαίνεται να διαδίδονται σε μια σειρά βημάτων που περιλαμβάνουν ηγέτες, τα οποία έχουν μήκος δεκάδες μέτρα και προέρχονται από τα σύννεφα. Ένας οδηγός θα ανάψει για περίπου 1 µs καθώς ρέει το ρεύμα, δημιουργώντας ένα βήμα. Στη συνέχεια, το κανάλι θα σκουρύνει για δεκάδες μικροδευτερόλεπτα, ακολουθούμενο από το σχηματισμό του επόμενου φωτεινού βήματος στο τέλος του προηγούμενου οδηγού – μερικές φορές με τη διακλάδωση. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται για να δημιουργηθεί ένα οικείο οδοντωτό σχήμα κεραυνού. Μια περίεργη πτυχή αυτής της διαδικασίας είναι ότι μόλις ένα σκαλοπάτι φωτίσει και σκουρύνει, δεν ανάβει ξανά – παρόλο που είναι μέρος της αγώγιμης στήλης.
Αυτό το βήμα είναι γνωστό ότι ευθύνεται για τα χαρακτηριστικά μοτίβα ζιγκ-ζαγκ που βρίσκονται στις ραβδώσεις των κεραυνών, αλλά υπάρχουν πολλά αναπάντητα ερωτήματα σχετικά με τη φυσική πίσω από αυτό το φαινόμενο. Συγκεκριμένα, η φύση των σκοτεινών αλλά αγώγιμων στηλών που συνδέουν τους ηγέτες με τα σύννεφα έχει παραμείνει σε μεγάλο βαθμό μυστήριο.
Μονό οξυγόνο δέλτα
Στη μελέτη τους, οι Lowke και Szili υπολογίζουν ότι η συμπεριφορά βηματισμού θα μπορούσε να συνδεθεί με μια συσσώρευση εξαιρετικά διεγερμένων μορίων οξυγόνου που ονομάζονται «μονό δέλτα μετασταθερό οξυγόνο». Αυτά τα μόρια έχουν διάρκεια ζωής ακτινοβολίας περίπου μία ώρα και προκαλούν την αποκόλληση των ηλεκτρονίων από τα αρνητικά ιόντα οξυγόνου – ενισχύοντας την αγωγιμότητα του αέρα που τα περιβάλλει.
Ο φυσικός που δαμάζει τους κεραυνούς
Το δίδυμο προτείνει ότι ο χρόνος μεταξύ των διαδοχικών βημάτων αντιστοιχεί στον χρόνο που απαιτείται για να συσσωρευτούν επαρκείς συγκεντρώσεις των μετασταθερών μορίων στις κορυφές οδηγών. Αυτό αυξάνει το ηλεκτρικό πεδίο στο άκρο, καθιστώντας δυνατό περαιτέρω ιονισμό στο επόμενο βήμα. Επιπλέον, οι ερευνητές προτείνουν ότι οι υψηλές συγκεντρώσεις οξυγόνου μονήρους δέλτα θα πρέπει να αντέχουν σε προηγούμενα στάδια, επιτρέποντας σε αυτά τα βήματα να διατηρήσουν την ηλεκτρική τους αγωγιμότητα, ακόμη και χωρίς συντηρούμενο ηλεκτρικό πεδίο.
Ο Lowke και ο Szili ελπίζουν ότι η καλύτερη κατανόηση αυτής της διαδικασίας θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέες τεχνικές και ισχυρότερους κανονισμούς για την προστασία των κτιρίων από κεραυνούς. Αυτό θα μπορούσε να ελαχιστοποιήσει την οικονομική και περιβαλλοντική ζημιά που προκαλείται από τον κεραυνό, ενώ παράλληλα θα μπορούσε να μειώσει την απειλή για τη ζωή και τα άκρα.
Η έρευνα περιγράφεται στο Journal of Physics D: Applied Physics.
