Dùng tia vũ trụ dò bão sét

Có thể thu được thông tin trực tiếp mới về điện trường gây sét từ sóng vô tuyến hình thành khi mưa tia vũ trụ đi qua bão sét. Đó là kết luận của một đội nghiên cứu quốc tế, sau khi khảo sát số liệu ghi lại bằng kính thiên văn vô tuyến trong những cơn bão điện. Họ nhìn thấy các biến thiên phát xạ vô tuyến từ các hạt tích điện mà các mô hình máy tính đề xuất do sự lệch hướng bởi điện trường mạnh trong bão sét.

Theo ảnh chụp từ vệ tinh, có khoảng 40 tia sét xuất hiện mỗi giây trên khắp thế giới. Trong khi đa phần là vô hại, thì việc sét đánh trúng có thể gây thiệt hại nhà cửa và thậm chí gây thiệt mạng. Một số thiệt hại này có thể tránh được nếu chúng ta biết sét sẽ đánh vào chỗ nào và khi nào, nhưng những dự đoán như vậy thật sự khó bởi vì chúng ta biết quá ít về sự hình thành sét. Bão sét phát triển nhanh và không thể dự đoán, nên người ta phải sử dụng khéo léo các thiết bị gắn trên tên lửa hoặc khí cầu để đo những điện trường khổng lồ hình thành trong cơn bão sét trước khi một tia sét phóng điện.

Nghiên cứu mới chọn một chiến thuật khác và khảo sát cơn mưa hạt hình thành khi một hạt vũ trụ năng lượng cao va chạm với một hạt nhân nguyên tử trong khí quyển và kích hoạt một cơn mưa hạt trút xuống phía Trái đất. Nhiều hạt trong số này tích điện và vì thế bị lệch hướng bởi từ trường của Trái đất. Sự lệch hướng này làm cho các hạt phát ra sóng vô tuyến mà kính thiên văn vô tuyến có thể phát hiện được.

Ảnh minh họa một tia vũ trụ tạo ra cơn mưa hạt thứ cấp

Ảnh minh họa một tia vũ trụ tạo ra cơn mưa hạt thứ cấp phát ra sóng vô tuyến khi chúng tương tác với từ trường Trái đất.

Theo các tính toán tiến hành hồi năm 2010 bởi Heino Falcke tại Đại học Radboud ở Hà Lan, và các cộng sự, thì độ phân cực lẫn cường độ của những sóng vô tuyến này sẽ bị biến đổi theo kiểu có thể đo được bởi gradient điện trường trên khoảng 10 kV/m, một giá trị tiêu biểu được tìm thấy trong bão sét.

Trong khi những tính toán này được thực hiện chủ yếu để giúp các nhà thiên văn vật lí lọc ra tác dụng của điện trường lên các nghiên cứu vô tuyến của tia vũ trụ, thì Falcke và các đồng sự nay hợp tác với các nhà địa vật lí và thiên văn vật lí để đo điện trường trong bão sét, lần đầu tiên sử dụng kính thiên văn vô tuyến.

Đứng đầu bởi nhà thiên văn vật lí gốc Radboud, Pim Schellart, đội nghiên cứu đã sàng lọc dữ liệu thu thập giai đoạn 2011–2014 bởi kính thiên văn vô tuyến Low Frequency Array (LOFAR) ở Hà Lan. LOFAR ghi được 762 cơn mưa hạt trong thời gian này, nhưng chỉ khoảng 60 sự kiện có thể giải thích được bởi riêng sự lệch hướng do từ trường. Phân tích thêm sau đó nhận ra 31 trong số những sự kiện này cũng có tỉ số tín hiệu so với nhiễu đủ cao để tiếp tục khảo sát thêm.

Schellart mô tả đây là những sự kiện bâng quơ bình thường sẽ không được phân tích bởi vì chúng “quá lộn xộn”. Nhưng số liệu ghi chép của Hội khí tượng học Hoàng gia Hà Lan cho thấy sét đánh xảy ra trong vòng 2 giờ và cách xa 150 km so với 20 trong 31 cơn mưa dị thường đó, cho phép Schellart và các đồng sự suy đoán rằng 11 sự kiện còn lại có thể tương ứng với các điện trường khí quyển không dẫn tới những tia sét được ghi nhận.

Sau đó, đội nghiên cứu đã sử dụng một mô phỏng trên máy tính để phân tích dữ liệu thu bởi kính thiên văn từ một trong các sự kiện sét. Mô phỏng của họ cho biết sóng vô tuyến được tạo ra trong bão sét vươn xa 3 km phía trên mặt đất lên tới độ cao tối đa 8 km – hai giá trị đều hợp lí cho một cơn bão sét. Có khả năng đám mây vươn quá 8 km, nhưng trên độ cao đó sẽ có ít hạt tích điện hơn vì cơn mưa hạt sẽ không được phát triển đầy đủ.

Phân tích cũng cho biết gradient điện trường là 50 kV/m tại phần chóp đám mây và 27 kV/m ở phần dưới của nó, một lần nữa đây là những giá trị tiêu biểu cho một cơn bão sét. Thật thú vị, các nhà nghiên cứu tìm thấy rằng việc tăng gradient điện trường trong mô hình của họ vượt quá 50 kV/m đưa đến rất ít biến đổi ở cường độ sóng vô tuyến được dự đoán – một hiệu ứng hiện nay họ đang nghiên cứu.

“Cách phát xạ vô tuyến biến thiên cho chúng ta biết rất nhiều thông tin về điện trường trong bão sét,” Schellart nói. “Chúng ta thậm chí có thể xác định cường độ điện trường tại một độ cao nhất định trong đám mây.” Đội của Schellart còn lắp đặt một máy đo điện trường tại LOFAR để hiểu rõ hơn các sự kiện dị thường không tương ứng với tia sét nào được ghi nhận.

Kĩ thuật của họ còn có thể dùng để xét xem mưa tia vũ trụ có kích hoạt sét hay không khi các hạt tích điện đi qua bão sét – ý tưởng được nêu ra bởi Aleksandr Gurevich tại Viện Vật lí Lebedev ở Moscow. Nó còn có thể giúp các nhà vật lí tìm hiểu tại sao bão sét thỉnh thoảng phát ra các lóe sáng tia gamma – một hiện tượng người ta cho là có liên quan đến điện trường của bão sét làm gia tốc các electron do mưa tia vũ trụ gây ra.

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Physical Review Letters.

Theo physicsworld.com

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Tạo bảng điểm online

Các bài khác


250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 90)
25/05/2020
Đồng hồ tròn năm 1841 Những đồng hồ đầu tiên không có kim phút. Kim phút chỉ trở nên quan trọng cùng với sự phát triển
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 89)
25/05/2020
Định luật Joule về sự tỏa nhiệt do dòng điện 1840 James Prescott Joule (1818-1889)   Các bác sĩ phẫu thuật thường ăn
Câu chuyện phát minh laser: Và thế là có ánh sáng!
22/05/2020
Kỉ niệm 60 năm laser ra đời. Bài của Pauline Rigby trên tạp chí Physics World, số tháng 5/2020. Cuộc đua chế tạo laser đã khởi
Tìm hiểu nhanh về Vật chất (Phần 9-Hết)
21/05/2020
Chương 9 Vật chất tối và năng lượng tối Khi chúng ta nhìn vào không gian sâu thẳm với kính thiên văn của mình, chúng ta nhìn
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 100-Hết)
19/05/2020
Oganesson Việc tạo ra các nguyên tố siêu nặng mới là một bài tập thực hành trong việc theo đuổi bóng ma nguyên tử. Những
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 99)
19/05/2020
Moscovium Món chén Thánh của nghiên cứu nguyên tố siêu nặng là định vị cái gọi là các hòn đảo ổn định. Đây là những
Galileo và bản chất của khoa học vật lí
13/05/2020
3.1 Giới thiệu Có ba câu chuyện được kể lại. Chuyện thứ nhất kể Galileo là một nhà triết học tự nhiên. Không giống
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 50)
12/05/2020
15. NHỮNG CHỈ TRÍCH ĐANG QUY KẾT Năm 2000, một cuộc tranh cãi dữ dội nổ ra trong cộng đồng khoa học. Một trong những người

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com