نجح باحثون من معهد الفيزياء التطبيقية التابع للأكاديمية الروسية للعلوم في مدينة نيجني نوفغورود، في تطوير نموذج يشرح كيفية تشكل البرق في السحب الرعدية. وبحسب قولهم، فإن المعلومات التي تم الحصول عليها ستساعد في ابتكار أساليب جديدة للحماية من الصواعق.
لقد تصدرت عملية توليد البرق منذ سنوات عديدة قائمة المشاكل العشرة الرئيسية التي لم يتم حلها في فيزياء الكهرباء الجوية. ومن المعروف أنه في السحب الرعدية، نتيجة لاصطدام الجسيمات المشحونة من الماء السائل والصلب، تنشأ بشكل دوري تفريغات باردة قصيرة العمر (تيارات). لذلك تتفكك بسرعة من تلقاء نفسها دون أن تتحول إلى برق. ومع ذلك، في ظل ظروف معينة، يمكن لأنظمة البث أن تؤدي إلى ظهور برق يعرف باسم (البرق القائد) على الاستمرار ذاتيًا.
البرق القائد هو قناة بلازما ساخنة تتكون من تيارات وتشكل إطارًا موصلًا من البرق يمتد لعدة كيلومترات. ومع ذلك، لا يزال من غير الواضح كيف يحدث الانتقال من التيارات إلى البرق القائد في السحابة، وبالتالي، كيف تتشكل قناة البرق.
وقام العلماء بتطوير نموذج عددي ثلاثي الأبعاد لعملية بدء البرق، وكانت المعلمات الرئيسية له هي الارتفاع فوق مستوى سطح البحر، وقوة المجال الكهربائي للسحابة، وتكرار حدوث التيارات الجديدة. وباستخدام أساليب النمذجة الرياضية، نجح علماء الفيزياء في إعادة إنتاج عملية التحول من أنظمة التيارات غير المستقرة إلى “برق قائد” ساخن قادر على الاستمرار بذاته.
وصرّح أرتيوم سيسويف، أحد المشاركين في المشروع وباحث في مختبر الفيزياء غير الخطية للعمليات الطبيعية في معهد الفيزياء التطبيقية التابع للأكاديمية الروسية للعلوم: “حتى في المجالات الكهربائية الضعيفة، وهي سمة مميزة للسحب الرعدية، يمكن لهذه القنوات أن تندمج لتشكل عناقيد موصلة ممتدة، وعندما يصل هذا التكتل إلى طول حرج يبلغ عشرات الأمتار، فإنه يتحول إلى جنين برق، وهي بنية قادرة على التطور بشكل مستقل بفضل درجة الاستقطاب العالية”.
وفي هذه الحالة، حسب قوله، لا بد من توافر شرطين. أولاً، يجب أن تندمج أنظمة البث الفردية التي تنشأ عشوائيًا بالقرب من بعضها البعض. نظرًا لأن عمرهما المميز قصير جدًا (أجزاء من الألف من الثانية)، فمن الضروري أن يظهرا ليس فقط بجوار بعضهما البعض، بل أيضًا في نفس الوقت تقريبًا. ومن المثير للاهتمام أنه في المرتفعات العالية، حيث يكون الهواء رقيقًا للغاية، هناك حاجة إلى تركيز أعلى بكثير من قنوات البلازما لتكوين البرق.
ويشير العلماء إلى أن العملية النموذجية ممكنة في ظل ظروف سحابة رعدية نموذجية، وعلى عكس الفرضيات الأخرى، لا تتطلب أي ظروف استثنائية، مثل قوى المجال الكهربائي داخل السحابة العالية بشكل غير واقعي أو وجود جزيئات كونية عالية الطاقة تؤين بيئة السحابة. وفي رأيهم، فإن هذا ما يميز الآلية المقترحة عن المناهج البديلة.
وغالبًا ما تؤدي الصواعق إلى إصابات ووفيات، وحرائق، وانقطاعات في التيار الكهربائي، وأحيانًا كوارث بشرية كبرى. ويستمر الضرر الاقتصادي الناجم عن الصواعق في التزايد بسبب الاستخدام الواسع النطاق للإلكترونيات الدقيقة منخفضة التيار، والتوجه نحو رقمنة النشاط البشري، كما أشار سيسوييف.
وخلص إلى أن نتائج الدراسة، التي تعمل على تحسين فهم عملية بدء تفريغ الصواعق، يمكن أن تكون مفيدة لتحسين تدابير الحماية من الصواعق الحالية.
وكالة سبوتنيك
