Les rayons cosmiques peuvent être l’étincelle insaisissable de la foudre ici sur terre
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Les rayons cosmiques peuvent offrir une réponse hors du monde à un mystère de longue date sur la foudre sur Terre, suggère une nouvelle étude.
Les orages sont extrêmement courants; un 3 millions stupéfiant Lightning Strikes se produire Terre Chaque jour, selon le Royaume-Uni Met Office. Mais même si la foudre est omniprésente, les scientifiques ne comprennent toujours pas complètement ce qui le déclenche. Maintenant, une nouvelle étude des chercheurs du Los Alamos National Laboratory suggère qu’un moteur de la foudre peut avoir une origine extraterrestre.
« La théorie originale de l’initiation de la foudre a été proposée dans les années 1960 et 1970 », a déclaré Xuan-Min Shao, scientifique du Los Alamos National Laboratory au Nouveau-Mexique et auteur principal de la nouvelle étude, publié le 3 mars dans la revue Atmosphères JGR. « Il a postulé que les électrons sont ionisés dans les airs et initient ce que nous appelons une panne thermique », a déclaré Shao à Space.com. « Mais ce processus nécessiterait un champ électrique très fort dans le nuage, et cela n’a jamais été mesuré. » En fait, a ajouté Shao, le champ électrique le plus fort jamais détecté à l’intérieur des nuages de tempête était 10 fois plus faible que ce qui serait nécessaire pour déclencher la foudre en fonction de cette théorie.
Pour résoudre le puzzle de longue date, Shao et ses collègues ont utilisé un éventail d’antennes radio pour enregistrer la progression précise des décharges de foudre dans l’espace et le temps avec une précision et une résolution sans précédent. Le tableau se compose de deux grappes d’antennes, situées à 7 miles (11,5 kilomètres) à Los Alamos, ce qui a permis à l’équipe de créer une vue en trois dimensions du chemin de chaque coup de foudre.
Les résultats présentés dans la nouvelle étude sont basés sur les observations d’une seule tempête le 30 juillet 2022, qui a produit plus de 300 éclairs. En plus de l’accumulation et de la trajectoire des éclairs, les chercheurs ont mesuré la polarisation ou la direction du courant électrique qui a constitué la foudre et a comparé ces deux ensembles de données.
« Nous avons comparé la direction de la propagation du signal de foudre le long de plusieurs centaines de mètres et comparé cela avec la direction de la polarisation de l’étincelle », a déclaré Shao. « Nous avons constaté que cela ne s’alignait pas. Ce n’était pas dans le même sens que la propagation de la foudre. Cela nous a donné une indication que l’éclat d’éclairage pendant les premières dizaines de microsecondes n’est pas entraîné par le champ électrique dans le nuage. Il doit être entraîné par quelque chose d’autre. »
Celle-ci d’autre, croit Shao, ce sont des douches Cosmic Ray. Les averses de rayons cosmiques sont des cascades de particules à haute énergie déclenchées dans l’atmosphère par rayons cosmiques – éclats de noyaux d’hydrogène chargés qui zigzag à travers l’univers à presque le vitesse de la lumière. Les rayons cosmiques peuvent provenir de distants supernovas, trous noirs Et même le soleil, et ils luttent constamment la haute atmosphère de la Terre. Lorsqu’ils éclatent lorsqu’ils interagissent avec les molécules d’air, ils produisent des cascades de particules exotiques telles que les pions, les muons, électronset leurs homologues d’antimatière, connus sous le nom de positrons.
« (A) Le positron est ce que nous appelons l’antimatière », a déclaré Shao. « C’est la même chose que (un) électron, mais il a une charge positive au lieu d’une charge négative. »
La présence de positrons dans les averses de rayons cosmiques pourrait expliquer l’écart entre la direction des décharges de foudre et celle du courant électrique dans l’étincelle observée par le réseau Los Alamos, a-t-il déclaré.
Shao et ses collègues ne sont pas les premiers à chercher un lien entre les rayons de la foudre et les rayons cosmiques. Cependant, les nouvelles observations sont importantes car elles ne s’alignent sur aucune des théories antérieures, a noté Shao.
Les résultats sont excitants, a-t-il dit, mais il reste plus de travail à faire. Les rayons cosmiques battent notre planète tout le temps, mais leurs impacts sont assez difficiles à détecter.
« Nous aimerions vraiment avoir des observations simultanées directes des deux phénomènes – éclairs et averses de rayons cosmiques », a déclaré Shao. « Mais cela va être très difficile car les détecteurs de particules qui peuvent détecter ces averses sur le sol ne peuvent les attraper que lorsqu’ils proviennent d’une certaine direction. Avec les systèmes actuels, nous ne pouvons en détecter qu’un sur mille. »
Pour l’instant, les chercheurs tenteront de reproduire leurs mesures sur un nombre plus élevé d’orages et de flashs. Ils chercheront également des corrélations possibles entre le nombre de frappes de foudre et la phase du cycle solaire.
Les chercheurs pensent que pendant la partie la plus active du cycle du Soleil, connu sous le nom maximum solairemoins de rayons cosmiques atteignent la planète parce que son champ magnétique est renforcé par le fouet constant du vent solaire. Ce champ magnétique renforcé est mieux pour repousser les rayons cosmiques entrants, ce qui, en théorie, devrait rendre l’atmosphère moins propice à la formation de foudre. Cependant, jusqu’à présent, les données à ce sujet sont rares, a déclaré Shao.
« C’est un problème très difficile à résoudre car le taux de foudre peut être affecté par de nombreux autres facteurs », a déclaré Shao. « Nous aurions besoin que les gens collectent de nombreuses données de foudre à l’échelle mondiale pour voir cet effet, mais vous devez également exclure d’autres facteurs. »
