Gewitter sind sicherlich mächtig, aber die Quantifizierung ihres elektrischen Potentials ist eine Herausforderung. Laut einer neuen Studie in der Zeitschrift Physical Review Letters konnte eine neue Studie jedoch mit einem Teleskop, das zur Untersuchung der kosmischen Strahlung entwickelt wurde, tief in einen riesigen Sturm blicken. Dabei wurde festgestellt, dass es schockierende 1, 3 Milliarden Volt enthält.
Matteo Rini von Physics berichtet, dass Forscher in der Vergangenheit Flugzeuge geflogen oder Ballons in Gewitterwolken ausgestoßen haben, um zu versuchen, ihr elektrisches Potenzial zu messen. Der größte Wert, der mit diesen Methoden gemessen wurde, lag während eines Sturms über New Mexico in den 1990er Jahren bei 130 Millionen Volt.
Forscher des Tata-Instituts für Grundlagenforschung in Mumbai (Indien) entschieden sich jedoch, Gewitterwolken mit etwas zu untersuchen, das raffinierter ist als ein Ballon: Myonendetektoren. Myonen sind geladene Teilchen, die in der oberen Atmosphäre der Erde erzeugt werden, wenn kosmische Strahlen, die unseren Planeten ständig bombardieren, mit verschiedenen Teilchen interagieren. Das heißt, es regnet ständig diese energetischen Myonen über die Erde. Wenn sich jedoch etwas in die Quere kommt, verlieren Myonen Energie und der Energieverlust kann mithilfe spezieller Geräte festgestellt werden.
Das GRAPES-3-Teleskop am Tata-Institut verfolgt Myonen und erfasst dabei mehr als eine Million Myonen pro Minute. George Dvorsky von Gizmodo berichtet jedoch, dass das Team dem Detektor elektrische Feldmonitore hinzufügte und Stürme über Kopf beobachtete. Anhand der Energieverringerung der Myonen, die durch die Wolke wandern, kann das Team die Menge des elektrischen Potentials innerhalb des Sturms berechnen.
Zwischen 2011 und 2014 hat das Team Daten zu 184 Stürmen erfasst. Sie haben diese Liste auf die sieben größten Stürme beschränkt. Sechs davon waren jedoch komplexe Stürme und die Berechnung ihres elektrischen Potentials hatte verschiedene Probleme. Ein massiver Sturm am 1. Dezember 2014 hatte jedoch das richtige Profil für eine Berechnung.
Der Sturm bewegte sich mit 40 Meilen pro Stunde in einer Höhe von sieben Meilen über der Erdoberfläche und umfasste ungefähr 146 Quadratmeilen. Berechnungen basierend auf der Anzahl der Myonen, die der Sturm abgewehrt hat, zeigen, dass er ein Potenzial von 1, 3 Milliarden Volt hat, zehnmal mehr als der bisher höchste Wert für ein Gewitter.
"Wissenschaftler schätzten, dass Gewitterwolken in den 1920er Jahren Gigavolt-Potenzial haben könnten", sagte Co-Autor Sunil Gupta von Tata gegenüber Tia Ghose bei LiveScience braucht 26 Minuten Zeit für eine Stadt wie New York City.
Laut Gupta ist es unwahrscheinlich, dass eine Möglichkeit gefunden wird, das gesamte elektrische Potenzial zu nutzen. Die Energie ist so intensiv, dass alles, was wir für die Durchführung verwendeten, zum Schmelzen gebracht wird.
Michael Cherry, ein Kosmos- und Gammastrahlenforscher an der Louisiana State University in Baton Rouge, erklärt Rini von der Physik, dass die Myon-Detektionstechnik ein guter Anfang ist, sich jedoch auf einige vereinfachte Sturmmodelle stützt, um ihre Berechnungen abzuleiten. In Zukunft könnten Drohnen oder Luftballons in Kombination mit dem Myonendetektor dazu beitragen, die Messwerte zu verfeinern.
Die Tatsache, dass Stürme in den Gigavoltbereich aufsteigen können, hilft ein Rätsel zu lösen. Seit den 1990er Jahren haben Satelliten Gammablitze aufgezeichnet, die aus den höheren Bereichen der Atmosphäre stammen und als terrestrische Gammablitze bezeichnet werden. Wenn Gewitter ein elektrisches Potential im Gigavolt-Bereich haben, bedeutet dies, dass sie stark genug sind, um Elektronen auf Geschwindigkeiten zu beschleunigen, die bestimmte Atome in Stücke zertrümmern und die Blitze erzeugen können.
