Da Benjamin Franklin bandt en nøgle til en drage og fløj den ind i en lyn storm, blev han kort et apparat, der er tilsluttet den stærkeste kraftgenerator på Jorden.
Franklin vidste, som de fleste mennesker, at tordenvejr er utroligt kraftige. Forskere har forsøgt at estimere præcist hvordan kraftfuld i mere end et århundrede, men er altid kommet kort - selv de mest sofistikerede luftbårne sensorer er utilstrækkelige, fordi tordenskyen bare er for stor og uforudsigelig til at måle.
Nu i et papir, der blev offentliggjort 15. marts i tidsskriftet Physical Review Letters, er forskere i Ooty, Indien, kommet med et chokerende nyt svar - takket være lidt hjælp fra nogle kosmiske stråler.
Ved hjælp af en række sensorer designet til at måle elektriske felter og intensiteten af muoner - tunge partikler, der konstant regner ned fra Jordens øverste atmosfære, forfaldende, når de passerer gennem materien - målte holdet spændingen i et stort tordenvejr, der rullede over Ooty i 18 minutter den 1. december 2014. Forskerne fandt, at skyen i gennemsnit blev ladet med ca. 1,3 gigavolt elektricitet, hvilket er 1,3 gange 10 ^ 9 volt - omtrent 10 millioner gange mere spænding end der leveres af en typisk stikkontakt i Nordamerika.
"Dette forklarer, hvorfor tordensky er så ødelæggende," fortæller co-forfatter Sunil Gupta, en kosmisk stråleforsker ved Indiens Tata Institute of Fundamental Research, til Live Science. "Hvis du spreder denne enorme mængde energi gennem noget, vil det forårsage alvorlig ødelæggelse."
Det regner muoner
Gupta og hans kolleger studerer primært muoner - elektronlignende partikler, der oprettes, når kosmiske stråler basker i forskellige atomer i Jordens atmosfære. Disse partikler har ca. halvdelen af spin af elektroner, men 200 gange vægten og er meget gode til at trænge ind. En muon, der regner ned fra atmosfæren, kan rejse dybt ned i havet eller miles under jorden på bare en brøkdel af et sekund, så længe den har nok energi.
Muoner mister deres energi, når noget kommer i vejen for dem - f.eks. En pyramide. I begyndelsen af 2018 opdagede forskere to tidligere ukendte kamre inde i den store pyramide i Giza ved at sætte muon-detektorer rundt om strukturen og måle, hvor partiklerne mistede (og ikke mistede) energi. Muoner, der passerede gennem pyramidens stenmure, mistede mere energi end muoner, der passerede gennem de store, tomme kamre. Resultaterne gjorde det muligt for forskerne at oprette et nyt kort over pyramidens indre uden at sætte foden inde i den.
Gupta og hans kolleger brugte en lignende metode til at kortlægge energien inde i Ooty-tordenen. I stedet for at kæmpe med sten, stod muoner, der falder gennem skyen, overfor et turbulent elektrisk felt.
"Tordenvejr har et positivt ladet lag på toppen og et negativt ladet lag i bunden," sagde Gupta. "Hvis en positivt ladet muon rammer skyen, når det regner ned fra den øvre atmosfære, vil den blive afvist og miste energi."
Ved hjælp af en række muon-detekterende sensorer og fire elektriske feltmonitorer spredt over flere miles, målte forskerne det gennemsnitlige fald i energi mellem muoner, der passerede gennem tordenvinden og dem, der ikke passerede gennem det. Fra dette energitab var teamet i stand til at beregne, hvor meget elektrisk potentiale partiklerne var gået igennem i tordenskyen.
Det var massivt.
"Forskere vurderede, at tordensky kunne have gigavoltpotentiale i 1920'erne," sagde Gupta, "men det blev aldrig bevist - indtil nu."
Kortlægge tordenen
Når forskerne kendte skyens elektriske potentiale, ønskede de at gå et skridt videre og måle præcist hvor meget magt tordenværket bar, da det brølede over Ooty.
Ved hjælp af dataene fra deres vidt spredte elektriske feltmonitorer udfyldte teamet nogle vigtige detaljer om skyen - det vil sige rejste ca. 60 km / t i en højde af 11 miles (11,4 kilometer) over havets overflade, havde et anslået område på 146 kvadratkilometer (380 kvadratkilometer, et område ca. seks gange størrelsen af Manhattan) og nåede sit maksimale elektriske potentiale kun 6 minutter efter at have vist sig.
Bevæbnet med denne viden var forskerne endelig i stand til at beregne, at tordenvejr indeholdt omkring 2 gigawatt kraft, hvilket gjorde denne enkelt sky mere magtfuld end de mest magtfulde atomkraftværker i verden, sagde Gupta.
"Mængden af energi, der er lagret her, er nok til at forsyne alle strømbehov i en by som New York City i 26 minutter," sagde Gupta. "Hvis du kan udnytte det. "
Med den nuværende teknologi er det et usandsynligt udsigt, bemærkede Gupta: Mængden af energi, der spredes af en sådan storm, er så høj, at den sandsynligvis ville smelte enhver leder.
Alligevel kan tordenvejrets voldsomme kraftfulde potentiale hjælpe med at afvikle et kosmisk mysterium, som forskere som Gupta og hans kolleger har spurgt i årtier: Hvorfor opdager satellitter undertiden høj-energi gamma-stråler, der sprænger ud af Jordens atmosfære, når de skulle regne ned fra rummet ?
Ifølge Gupta, hvis tordenvejr virkelig kan skabe et elektrisk potentiale, der er større end en gigavolt, kunne de også accelerere elektroner hurtigt nok til at bryde andre atomer i atmosfæren fra hinanden og producere gammastråleblitz.
Denne forklaring kræver mere forskning for at verificere dens nøjagtighed, sagde Gupta. I mellemtiden skal du sørge for at undre dig over det næste tordenklæde, du ser, for det er en usigeligt mægtig naturkraft - og vær venlig at tænke to gange, før du flyver med en drage.
