<img height="1" width="1" style="display:none" src="https://www.facebook.com/tr?id=1446330315732208&amp;ev=PageView&amp;noscript=1">
7p

Egy rádióteleszkóp felvételei végre magyarázatot adhatnak arra, hogyan is jönnek létre a villámok. Az iskolában tanultakat már rég el kellett volna felejteni, de most az is kiderült, nem a kozmikus sugárzásnak van döntő szerepe a villám lecsapásához vezető folyamatokban. De akkor minek? A nyomok a jégkristályokhoz vezetnek.

A villámlás a bolygónkon közvetlenül megfigyelhető legnagyobb energiájú folyamat. Az ember tudatra ébredése óta csodálja és féli ezeket a kisüléseket, amelyeket sokáig természetfeletti erők munkájának tudtak be, de a tudomány is évszázadok óta próbálja leírni, pontosan mi is történik ilyenkor. Eredménytelenül.

„Igazából ez elég kínos – mondja Brian Hare villámkutató, egy most megjelent, a villámkialakulást boncolgató tanulmány társszerzője. – Ez a legnagyobb energiájú folyamat a földön, vallások épülnek rá, és fogalmunk sincs, hogyan működik.”

A tankönyvi magyarázat valami olyasmi, hogy „a villám kialakulása a felhők vízcseppjeinek, jégkristályainak súrlódására, széttöredezésére vezethető vissza, aminek következtében az elektromos töltések szétválnak a felhőn belül. A felhő felső felén a pozitív, alul a negatív töltések halmozódnak fel” – ahogy a Wikipedia szócikkében is szerepel. A felhőkben a nagyobb jégkristályok lefelé, míg a kisebbek felfelé haladnak, és ütközéseik következtében elektronok válnak le róluk. Ennek következtében a felhő felső része pozitív, az alsó negatív töltésűvé válik, a létrejövő elektromos mező pedig addig erősödik, míg végül egy hatalmas erejű kisülésre nem kerül sor.

Villámok egy város felett - végre jobban értjük, hogyan alakulnak ki (Fotó: Depositphotos)Villámok egy város felett - végre jobban értjük, hogyan alakulnak ki (Fotó: Depositphotos)

Ezzel csak az az egy apró probléma van, hogy még soha senki nem figyelt meg ehhez elegendő erősségű elektromos mezőt a felhőkben. „Az emberek évtizedek óta léggömböket, rakétákat, repülőgépeket küldenek zivatarfelhőkbe, de még senki nem látott közel sem elég erős elektromos mezőt” – szögezi le Joseph Dwyer, a New Hampshire-i Egyetem fizikusa, a tanulmány egy másik szerzője. A különbség nagyjából tízszeres, tehát ez a modell sehogy nem képes megmagyarázni, mi történik valójában. „Igazi rejtély, hogy miként kezdődik a folyamat” – mondja Dwyer, aki bő két évtizedet szánt az életéből a villámok kialakulásának kutatására.

Nem felhősödött el a tekintetük

Most úgy tűnik, végre áttörést ért el. A villámok megfigyelésének egyik nehézségét ugyanis az az egyszerű tény jelenti, hogy a felhők nem átlátszóak. A villám keletkezése körüli pillanatokat még a legjobb kamerák sem képesek rögzíteni, ezért a kutatók egyetlen eszköze sokáig az volt, hogy különféle műszerekkel felszerelt tárgyakat küldtek be a viharfelhőkbe. Ezzel azonban az a gond, hogy egy idegen tárgy megjelenése maga is befolyásolja a folyamatot, például olyan szikrákat gerjesztenek, amelyek egyébként nem jönnének létre.

A megoldásra lehetőséget kínálnak a rádióteleszkópok, amelyek képesek az elektromos jelenségek gerjesztette rádiójelek detektálására. Ezeket a villámok detektálására felhasználni önmagában nem új ötlet, azonban az eddig villámmegfigyelésre használt rádiódetektorok nagyon alacsony felbontású felvételeket készítettek, illetve gyakran csak két dimenzióban rögzítették az adatokat.

A LOFAR-rendszer egyik, a hollandia Exloo mellett található eleme (Fotó: LOFAR / ASTRON)A LOFAR-rendszer egyik, a hollandia Exloo mellett található eleme (Fotó: LOFAR / ASTRON)

Dwyerék ötlete az volt, hogy a több ezer kisebb méretű, nagyrészt Hollandia területén található rádióteleszkópból álló hálózat, a Low Frequency Array (LOFAR) érzékelőit használják fel a célra. Ez a rendszer az észlelt jeleket egyméteres pontossággal képes három dimenzióban elhelyezni, ráadásul 200-szor gyakrabban rögzít adatokat, mint a korábban erre használt eszközök.

A kutatóknak 2018 nyarán szerencséjük volt: egy hatalmas villám csapott le a LOFAR által lefedett területen, és a rendszer „végignézte” a folyamatot a kezdetektől a kisülésig. Az iszonyatos mennyiségű adat elemzése csak mostanra fejeződött be, a kutatók pedig egy látványos szimulációt is készítettek az észlelésből.

Elveszett elektronok nyomában

De mit is láttak Dwyerék? A rádiójelek mind a felhő egy nagyjából 70 méter átmérőjű, mélyen a légköri jelenség belsejében található részéből erednek. Ez pedig rögtön meg is erősítette a villámok kialakulásáról eddig versenyben lévő két, a tankönyvinél pontosabb elmélet egyikét, és ezzel egyben nagyrészt meg is cáfolta a másikat.

Utóbbi lényege az, hogy a folyamatot a kozmikus sugárzás keretében a Földet elérő részecskék indítják be, amelyek összeütköznek a viharfelhők elektronjaival, és ezzel lavinaszerűen erősödő láncreakciót hoznak létre.

A másik elmélet a felhőkben rajként összeverődő jégkristályokra vezeti vissza a folyamat kezdetét. A turbulens ütközések következtében a kristályokról elektronok válnak le, ennek következtében az egyes kristályok egyik vége pozitív, a másik negatív töltésűvé válik. A pozitív csúcs magához vonzza a környező levegő molekuláinak elektronjait, így egyre növekvő területen jönnek létre ionizált levegősávok, amelyek szalagként kapcsolódnak a kristályok csúcsaihoz. Ezeket nevezik streamereknek.

Minden kristályhoz számos ilyen, folyamatosan változó streamer kapcsolódik. Ezek aztán felmelegítik a környező levegőt, még több elektront szakítanak le a molekulákról, és egyre nagyobb feszültséget közvetítenek a kristályok felé. Végül aztán az egyik streamer annyira felmelegszik, és olyan jó vezetővé válik, hogy leaderré, azaz egy villámlás energiáját is elvezetni képes csatornává alakul.

„Pontosan ezt látjuk a felvételen” – állítja Christopher Sterpka, a tanulmány vezető szerzője. A rádióimpulzusok exponenciálisan szaporodnak, minden bizonnyal a streamerek megjelenése miatt. „Ezután a lavinaszerű terjedés megáll, és megjelenik a leader a közelükben, és maga a villám.” Sterpkáék az elmúlt hónapokban számos hasonló felvételt elemeztek, és mindegyik hasonló mintát követett, mint az első.

A jégkristályok kritikus szerepére utaló eredményeket jól alátámasztják azok az adatok is, melyek szerint a Covid-járvány első három hónapjában 10 százalékkal kevesebb villám alakult ki – a kutatók azt feltételezik, hogy az apró szennyezőanyag-részecskék számának csökkenésével kevesebb jégkristály alakult ki a felhőkben.

Fehér foltok

Persze a mostani tanulmány sem jelenti még a végső szót a villámok kialakulásának kérdésében. „A LOFAR felvételei egyértelműen óriási jelentőséggel bírnak” – szögezi le Ute Ebert, az Eindhoveni Műszaki Egyetem fizikusa, aki nem vett részt a kutatásban. Az összegyűjtött adatok végre megfelelő minőségűek ahhoz, hogy olyan pontos modelleket és szimulációkat lehessen a segítségükkel létrehozni, amelyeket a korábbi gyenge felbontású adatokból nem lehetett. Ebert azonban egy gyenge pontra is felhívja a figyelmet. A felvételen ugyanis a folyamatnak az az első, kritikus szakasza nem látható, ahogy a jégkristályok ionizálják a levegőt, csak az, ami ezután történik. „Honnan jön az első elektron? Hogyan kezdődik meg a kisülés egy jégkristály mellett?” – teszi fel a kérdést.

A kutatók nagy része az eredmények alapján elengedte a kozmikus sugárzás teóriát, ám az így beérkező nagy energiájú részecskék még mindig játszhatnak szerepet a villámlás kialakulásában azzal, hogy létrehozzák az első szabad elektronokat, amelyek aztán az első streamerek létrejöttéhez vezetnek. Az is vitatott, pontosan miként is lesznek a streamerekből leaderek.

Dwyer abban bizakodik, hogy hamarosan tisztábban láthatnak majd ebben a kérdésben is. „Megpróbáljuk megfigyelni az első kis szikrákat, amelyek kipattannak a kristályokból, és ezzel a kialakulási folyamatot a legelején elkapni” – mondja.

Ha ez sikerülne is, ettől még nem maradnának a kutatók munka nélkül. „Nem tudjuk, hogyan terjed és nő – sorolja csak a főbb megválaszolatlan kérdéseket Hare. – Nem tudjuk, hogyan kapcsolódik a talajhoz.”

A sok homályos pont ellenére abban minden szakértő egyetért, hogy a LOFAR eredményei egy régóta esedékes, nagy előrelépést jelentenek egy évszázadok óta kutatott jelenség megértésében. Talán nincs már messze a pont, amikor az emberiség végre kimondhatja, van egy olyan elméletünk, ami Zeuszt és társait a történetből kihagyva is képes teljes magyarázatot nyújtani a villámok működésére.

(Quanta magazine)

Jól jönne 1,5 millió forint?

A Bank360.hu és az Mfor kalkulátora alapján az alábbi induló törlesztőkre számíthatsz a THM-plafon végéig, ha 1,5 millió forintra van szükséged 60 hónapra: a Raiffeisen Bank személyi kölcsöne 30 379 forintos törlesztőrészlettel lehet a tiéd. Az Erste Banknál 32 831 forint, a Cetelemnél pedig 33 556 forint a törlesztőrészlet. Más kölcsönt keresel? Ezzel a kalkulátorral összehasonlíthatod a bankok ajánlatait.