Bilim insanları, şimşek çakması için gereken enerjinin, uzaydan gelen kozmik ışınların tetiklediği güçlü bir elektron zincirleme reaksiyonundan kaynaklanabileceğini öne sürüyor. Yeni bir çalışma, fırtına bulutlarının yıldırım oluşturacak kadar güçlü bir elektrik alanını nasıl kazandığına dair asırlardır süregelen bir gizeme ışık tutuyor.
Bilgisayar modelleri kullanılarak yapılan yeni bir araştırmada, şimşeklerin uzayda başlayan güçlü bir zincirleme reaksiyonun sonucu olduğu ortaya konuldu. Araştırmacıların bulguları geçtiğimiz günlerde Journal of Geophysical Research: Atmospheres adlı bilimsel dergide yayımlandı.
Çalışmanın baş yazarı ve bir elektrik mühendisliği profesörü olan Victor Pasko, "Bulgularımız, doğada şimşeğin nasıl başladığına dair ilk kesin, nicel açıklamayı sağlıyor," dedi. "X-ışınları, elektrik alanları ve elektron çığı fiziksel süreçleri arasındaki bağlantıyı kuruyoruz."
Şimşeğin elektriksel doğası, Benjamin Franklin tarafından 1752'de yapılan ünlü deneyiyle doğrulanmıştı. Franklin'in ikonik, ancak sıklıkla yanlış anlaşılan deneyi, bir ucunda 30 santimetrelik bir tel, diğer ucunda ise bir anahtar bulunan bir uçurtmanın uçurulmasını içeriyordu. Fırtına geldiğinde uçurtma elektriklendi ve Franklin'in ipek bir kurdeleyle tuttuğu ip ıslandı. Bu sayede anahtardan uzattığı parmağına küçük bir kıvılcım sıçradı.
Bu keşfe rağmen, uçaklar ve hava balonları tarafından kaydedilen veriler, elektronların Dünya'ya doğru hızla yayılması için gereken elektrik alanının, fırtına bulutlarının içinde ölçülen değerden yaklaşık 10 kat daha fazla olduğunu gösteriyor.
Şimşeğin nasıl gerçekleştiğini açıklamak için iki ana teori bulunuyor. İlkine göre, fırtına bulutlarındaki buz parçacıklarının sürtünmesi, negatif yüklü elektronları atomlardan ayırarak birikmelerine neden oluyor. Bu birikim, aşağıdaki atmosferdeki parçacıkları iyonize ederek, yere doğru çok sayıda çatallı yolda yarışan yeterli elektron serbest bırakıyor. İkinci teori ise, bu başlangıç iyonizasyonunun uzaydan gelen yüksek enerjili, atom altı parçacıklar olan kozmik ışınlar tarafından sağlandığını savunuyor. Bu ışınlar Güneş'ten, süpernova gibi yıldız patlamalarından, hızla dönen nötron yıldızları olan pulsarlardan ve bilinmeyen diğer kaynaklardan geliyor. Kozmik parçacıklar atmosferle çarpıştığında, yere kadar ulaşan bir çığ sonucuyla elektronların kontrolsüz bir şekilde çoğalmasına yol açıyor.
Yeni çalışmada araştırmacılar, yer tabanlı sensörlerden, uydulardan ve yüksek irtifa uçaklarından elde edilen verileri bir araya getirerek, bir şimşek çakmasından önceki fırtına bulutu koşullarını simüle eden matematiksel bir modelle eşleştirdiler. Modelin simülasyonları, kozmik ışın teorisini destekleyerek, yüksek hızlı protonların ürettiği elektronların elektrik alan çizgileri boyunca hızlandığını ve atmosferdeki nitrojen ve oksijen gibi moleküllere çarptıkça çoğaldığını gösterdi. Araştırmacılar, bunun elektron çığına yol açtığını ve şimşeği başlatan yüksek enerjili fotonları ürettiğini belirtiyor.
Şaşırtıcı bir şekilde, model aynı zamanda neden şimşek çakmalarından önce gama ışınları (yüksek enerjili fotonlar) ve X-ışınlarının oluştuğunu da açıklıyor. Pasko, "Bizim modellemelerimizde, göreceli elektron çığlarının ürettiği yüksek enerjili X-ışınları, havada fotoelektrik etkiyle yeni tohum elektronlar üretiyor ve bu çığları hızla büyütüyor," diye ekledi. "Çok kompakt hacimlerde üretilmesinin yanı sıra, bu kontrolsüz zincirleme reaksiyon oldukça değişken bir güçle gerçekleşebilir ve genellikle tespit edilebilir düzeyde X-ışınlarına yol açarken, çok zayıf optik ve radyo emisyonlarıyla birlikte seyreder. Bu, bu gama ışını parlamalarının neden optik olarak sönük ve radyo sessiz görünen kaynak bölgelerinden ortaya çıkabildiğini açıklıyor."
