علماء فيزياء يكتشفون آلية "كونية" جديدة لتشكل البرق

في اكتشاف علمي بالغ الأهمية، اكتشف باحثون من الولايات المتحدة آلية جديدة لفهم نشوء البرق، تربط بين تفريغاته الكهربائية ووجود إلكترونات عالية الطاقة مصدرها الفضاء الخارجي.

وقدم الفيزيائيون من جامعة ولاية بنسلفانيا وصفا كميا دقيقا لأول مرة لهذه الظاهرة المعقدة، مؤكدين أن البرق ليس مجرد تفريغ كهربائي بسيط، كما كان يعتقد سابقا.

وأوضح البروفيسور فيكتور باسكو، أحد قادة الفريق البحثي، أن الدراسة دمجت معطيات علمية متفرقة تراكمت على مدى سنوات، شملت رصد ومضات أشعة سينية مرتبطة بالبرق، والمجالات الكهربائية المحيطة بها، وظواهر الانهيارات الإلكترونية داخل الغلاف الجوي.

وقال باسكو: "لقد أعددنا أول نموذج موحدا يشرح كيف تنشأ تفريغات البرق، ويجمع بين الأشعة السينية، وأشعة غاما، والموجات الراديوية، والانهيارات الإلكترونية المرتبطة بها".

دور الإلكترونات الكونية في نشوء البرق

أظهرت البيانات التي جمعتها الأقمار الصناعية أن ومضات البرق غالبا ما تكون مصحوبة بانفجارات من أشعة غاما وأشعة سينية، ترصد بوضوح من الفضاء.

ووفقا للدراسة، فإن هذه الظواهر ترتبط باختراق حزم من الإلكترونات عالية الطاقة – تعرف باسم "الإلكترونات الكونية" – إلى طبقات الجو العليا، حيث تتفاعل مع الحقول الكهربائية المكثفة القريبة من السحب الرعدية.

وعندما تتسارع هذه الإلكترونات وتصطدم بذرات النيتروجين والأكسجين في الغلاف الجوي، تولد جسيمات ضوئية عالية الطاقة (فوتونات) قادرة بدورها على تحرير إلكترونات جديدة من جزيئات الهواء. ويتكرر هذا التسلسل بسرعة هائلة فيما يشبه "سلسلة تفاعلات إلكترونية"، ما يؤدي إلى توليد ومضات قوية من أشعة غاما والموجات الراديوية، وهي إشارات مميزة لنشوء تفريغ كهربائي، أو ما يعرف بالبرق.

تفسير جديد لانفجارات أشعة غاما في العواصف

لطالما شكك العلماء في ارتباط انفجارات أشعة غاما بالبرق، نظرا للصعوبة البالغة في تسريع الإلكترونات إلى سرعات قريبة من سرعة الضوء داخل الغلاف الجوي الكثيف. غير أن النموذج الجديد يقدم تفسيرا مقنعا لهذا الارتباط، من خلال ما يعرف بـ"الانهيار الإلكتروني المتسلسل" الناتج عن تأثيرات الفوتونات عالية الطاقة، وهي آلية تتيح بالفعل إنتاج سيل من الجسيمات المشحونة القادرة على إطلاق تفريغات البرق.

وأشار البروفيسور باسكو إلى أن هذه الآلية قد تحدث في مناطق ذات كثافة إلكترونية عالية داخل العواصف، حيث تسجل انفجارات أشعة غاما، ويمكن أن تظهر بدرجات شدة متفاوتة. وهو ما يفسر التباين الزمني بين ومضات الإشعاع المختلفة المسجلة أثناء العواصف الرعدية، سواء من الأرض أو من الفضاء.

أهمية الاكتشاف

يمثل هذا الاكتشاف خطوة كبيرة في فهم فيزياء العواصف الرعدية، ويعيد تشكيل النظرة التقليدية لتكون البرق. كما يعزز من دقة النماذج المناخية والكهربائية الجوية، ويفتح الباب أمام دراسات جديدة حول تأثيرات الجسيمات الفضائية على البيئة الأرضية.

وقالت دائرة الصحافة بجامعة بنسلفانيا إن نتائج البحث توفر أساسا علميا يمكن البناء عليه لتطوير أدوات رصد وتوقعات أكثر دقة للطقس العاصف، إلى جانب إمكانية استخدامها في فهم آليات مماثلة على كواكب أخرى في النظام الشمسي.

المصدر: تاس