من قلب العاصفة.. هذا ما يُشعل شرارة البرق الأولى داخل السحب
على الرغم من أن العلماء قد فهموا منذ زمن طويل كيفية حدوث البرق، إلا أن الأحداث الجوية الدقيقة التي تُسببه داخل السحب الرعدية لا تزال لغزاً محيراً. قد يُحل هذا اللغز بفضل فريق من الباحثين بقيادة فيكتور باسكو، أستاذ الهندسة الكهربائية في كلية الهندسة الكهربائية وعلوم الحاسوب بجامعة ولاية بنسلفانيا، والذي كشف عن التفاعل المتسلسل القوي الذي يُسبب البرق.
في الدراسة التي نشرت في 28 يوليو في مجلة الأبحاث الجيوفيزيائية، وصف المؤلفون كيف توصلوا إلى أن المجالات الكهربائية القوية في السحب الرعدية تعمل على تسريع الإلكترونات التي تصطدم بجزيئات مثل النيتروجين والأكسجين، مما ينتج عنه الأشعة السينية ويبدأ طوفاناً من الإلكترونات الإضافية والفوتونات عالية الطاقة - العاصفة المثالية التي تولد منها الصواعق.
قال باسكو: "تُقدم نتائجنا أول تفسير كمي دقيق لكيفية نشوء البرق في الطبيعة، فهي تربط بين الأشعة السينية والحقول الكهربائية وفيزياء الانهيارات الإلكترونية".
استخدم الفريق النمذجة الرياضية لتأكيد وشرح الملاحظات الميدانية للظواهر الكهروضوئية في الغلاف الجوي للأرض، وهي عندما تتكاثر إلكترونات الطاقة النسبية، التي تُلقح بالأشعة الكونية الداخلة إلى الغلاف الجوي من الفضاء الخارجي، في المجالات الكهربائية للعواصف الرعدية، وتُصدر دفقات فوتونية قصيرة عالية الطاقة، تتكون هذه الظاهرة، المعروفة باسم وميض أشعة غاما الأرضية، من دفقات غير مرئية وطبيعية من الأشعة السينية، وما يصاحبها من انبعاثات راديوية.
قال باسكو: "بمحاكاة الظروف باستخدام نموذجنا الذي يحاكي الظروف المرصودة ميدانياً، قدّمنا شرحاً وافياً للأشعة السينية والانبعاثات الراديوية الموجودة داخل السحب الرعدية. وأوضحنا كيف تُنتج الإلكترونات، المُسرّعة بمجالات كهربائية قوية في السحب الرعدية، الأشعة السينية عند اصطدامها بجزيئات الهواء مثل النيتروجين والأكسجين، مُشكّلةً سيلًا من الإلكترونات التي تُنتج فوتونات عالية الطاقة تُسبّب البرق".
وقد استخدم زيد برفيز، وهو طالب دكتوراه في الهندسة الكهربائية، هذا النموذج لمطابقة الملاحظات الميدانية ـ التي جمعتها مجموعات بحثية أخرى باستخدام أجهزة استشعار أرضية وأقمار صناعية وطائرات تجسس عالية الارتفاع ـ مع الظروف في السحب الرعدية المحاكاة.
قال بيرفيز: "شرحنا كيفية حدوث الأحداث الكهروضوئية، والظروف اللازمة في السحب الرعدية لبدء سيل الإلكترونات، وما الذي يسبب التنوع الكبير في الإشارات الراديوية التي نرصدها في السحب، كل ذلك قبل حدوث الصاعقة". وأضاف: "لتأكيد شرحنا لبدء الصاعقة، قارنتُ نتائجنا بنماذج ودراسات رصد سابقة، بالإضافة إلى عملي على نوع من الصواعق يُسمى التفريغات بين السحب المدمجة، والتي تحدث عادةً في مناطق صغيرة وموضعية في السحب الرعدية".
نُشر نموذج "تفريغ التغذية الراجعة الكهروضوئية"، الذي طوّره باسكو وزملاؤه عام 2023، ويُحاكي الظروف الفيزيائية التي يُحتمل أن تنشأ فيها صاعقة برق. المعادلات المستخدمة في إنشاء النموذج متاحة في الورقة البحثية ليستخدمها باحثون آخرون في أعمالهم.
وبالإضافة إلى الكشف عن بداية البرق، أوضح الباحثون لماذا يتم إنتاج ومضات أشعة جاما الأرضية في كثير من الأحيان دون ومضات الضوء والانفجارات الراديوية، والتي هي توقيعات مألوفة للبرق أثناء الطقس العاصف، في نموذجنا، تُولّد الأشعة السينية عالية الطاقة الناتجة عن الانهيارات الإلكترونية النسبية إلكترونات بذرة جديدة مدفوعة بالتأثير الكهروضوئي في الهواء، مما يُضخّم هذه الانهيارات بسرعة، كما قال باسكو. وتابع: "بالإضافة إلى إنتاجها بأحجام صغيرة جداً، يمكن أن يحدث هذا التفاعل المتسلسل الجامح بقوة متفاوتة للغاية، مما يؤدي غالباً إلى مستويات قابلة للرصد من الأشعة السينية، مصحوباً بانبعاثات بصرية وإشعاعية ضعيفة جداً. وهذا يُفسر ظهور ومضات أشعة غاما هذه من مناطق مصدر تبدو خافتة بصرياً وهادئة إشعاعياً".
هاشتاغز
جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا
اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:
التعليقات
لا يوجد تعليقات بعد...
أخبار ذات صلة
صحيفة الخليج
منذ ساعة واحدة
- صحيفة الخليج
روسيا: زلزال كامتشاتكا ربما تسبب في ثوران بركان خامد منذ 600 عام
ذكرت وكالة الإعلام الروسية وعلماء اليوم الأحد، أن ثوران بركان كراشينينيكوف في كامتشاتكا خلال الليل، وهو الأول منذ 600 عام، قد يكون مرتبطاً بالزلزال الضخم الذي هز منطقة الشرق الأقصى الروسي الأسبوع الماضي. ونقلت الوكالة عن أولجا جيرينا، رئيسة فريق الاستجابة لثوران البراكين في كامتشاتكا، قولها «هذا أول ثوران مؤكد تاريخياً لبركان كراشينينيكوف منذ 600 عام». وأضافت أن ثوران البركان قد يكون مرتبطاً بالزلزال الذي وقع يوم الأربعاء وأثار تحذيرات من حدوث أمواج مد بحري عاتية (تسونامي) في أماكن بعيدة مثل بولينيزيا الفرنسية وتشيلي، وأعقبه ثوران بركان كليوتشيفسكوي، وهو البركان الأكثر نشاطاً في شبه جزيرة كامتشاتكا. وقال فرع كامتشاتكا التابع لوزارة خدمات الطوارئ الروسية إنه تم رصد ارتفاع عمود من الرماد يصل إلى 6000 متر بعد ثوران البركان. ويبلغ ارتفاع البركان نفسه 1856 متراً. وقالت الوزارة إنه تم تصنيف ثوران البركان عند المستوى البرتقالي للطيران، مما يشير إلى وجود خطر كبير على الطائرات.
البيان
منذ 3 ساعات
- البيان
روسيا: زلزال كامتشاتكا ربما تسبب في ثوران بركان خامد منذ 600 عام
ذكرت وكالة الإعلام الروسية وعلماء اليوم الأحد أن ثوران بركان كراشينينيكوف في كامتشاتكا خلال الليل، وهو الأول منذ 600 عام، قد يكون مرتبطًا بالزلزال الضخم الذي هز منطقة الشرق الأقصى الروسي الأسبوع الماضي. ونقلت الوكالة عن أولجا جيرينا، رئيسة فريق الاستجابة لثورات البراكين في كامتشاتكا، قولها "هذا أول ثوران مؤكد تاريخيا لبركان كراشينينيكوف منذ 600 عام". وأضافت أن ثوران البركان قد يكون مرتبطا بالزلزال الذي وقع يوم الأربعاء وأثار تحذيرات من حدوث أمواج مد بحري عاتية (تسونامي) في أماكن بعيدة مثل بولينيزيا الفرنسية وتشيلي، وأعقبه ثوران بركان كليوتشيفسكوي، وهو البركان الأكثر نشاطا في شبه جزيرة كامتشاتكا. وقال فرع كامتشاتكا التابع لوزارة خدمات الطوارئ الروسية إنه تم رصد ارتفاع عمود من الرماد يصل إلى 6000 متر بعد ثوران البركان. ويبلغ ارتفاع البركان نفسه 1856 مترا. وقالت الوزارة إنه تم تصنيف ثوران البركان عند المستوى البرتقالي للطيران، مما يشير إلى وجود خطر كبير على الطائرات.
الإمارات اليوم
منذ 8 ساعات
- الإمارات اليوم
«استعداد».. مبادرة صيفية لتدريب الطلبة المتفوقين على البحث العلمي والابتكار
نظّمت جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا، بالتعاون مع وزارة التربية والتعليم في الدولة، على مدار أسبوعين، البرنامج الافتراضي «استعداد»، بمشاركة 100 طالب وطالبة من الطلبة المتفوقين بالمرحلة الثانوية في مدارس الدولة، لرفدهم بالفرص التي يحتاجونها للتطور الأكاديمي والشخصي ودعم البحث العلمي والابتكار وتطوير مهارات التفكير وريادة الأعمال. وأقيم البرنامج الذي يُعد مبادرة صيفية اختيارية للطلبة المتفوقين، تحت شعار «قيادة المستقبل من خلال طلبتنا»، وتضمن ثلاثة مسارات رئيسة، تشمل مسار البحث العلمي والابتكار وريادة الأعمال، ومسار الإثراء، ومسار المهارات التقنية، حيث انخرط المشاركون في ورش عملية ومشروعات جماعية وجلسات الجاهزية الجامعية لتحضيرهم للمرحلة الجامعية، وتأسيس مهارات الاستعداد للمستقبل في مجالات العلوم والتكنولوجيا والابتكار. وتم اختيار المشاركين من قبل فريق التدريب في جامعة خليفة وفقاً لمعايير دقيقة حددتها وزارة التربية والتعليم. وتلقى الطلبة تدريباً على البحث العلمي في تخصصات العلوم والتكنولوجيا والهندسة من خلال وحدات ومشروعات دقيقة ومحددة المعالم، وآلية تطوير طريقة التفكير الملائمة للبحث العلمي وتصميم الفرضيات العلمية ومنهجية البحث، إضافة إلى تجميع البيانات وتحليلها، واكتسبوا أيضاً فهماً جديداً للملكية الفكرية وطريقة التسويق التجاري، وطرق بناء الثقة الإبداعية واكتساب الفهم، إضافة إلى مهارات التصور وتكوين الأفكار وتصميم المسارات والنمذجة، فضلاً عن قيادة الابتكار، إضافة إلى آلية التفكير التصميمي واكتساب المهارات التقنية وديناميكيات العمل الجماعي وتطوير النماذج الأولية.
