Yıldırımlar önceden tahmin edilebilecek

Yıldırımların nasıl başladığı ve onlara eşlik eden gizemli gama ışını patlamalarının (TGF) kaynağı, uzun yıllardır bilim dünyasının yanıt aradığı sorular arasındaydı. Gök gürültülü fırtınalarda aniden çakan yıldırımlar, yüzyıllardır doğanın en etkileyici ve merak uyandıran olaylarından biri olsa da bu olayın nasıl başladığı, ilk kıvılcımın nasıl oluştuğu ve bazı yıldırımların neden hiçbir ışık ya da ses üretmeden gerçekleştiği bugüne kadar tam olarak açıklanamamıştı.

Amerikalı ve Avrupalı araştırmacıların ortaklaşa yürüttüğü yeni bir çalışmayla bu sorular yanıtlandı. Araştırma, yıldırımların görünmeyen bir öncüsü olduğunu ve bu sürecin “fotoelektrik geri besleme” olarak adlandırıldığını ortaya koydu. Söz konusu süreçte, gözle görülemeyen ancak uzaya kadar ulaşabilecek kadar güçlü ve sessiz enerji boşalmalarının yaşandığı belirtildi.

Fotoelektrik geri besleme nedir?

Yıldırımın oluşumu, bir kıvılcımlar zinciri şeklinde ifade ediliyor. Fırtına bulutları, birbirine çarpan buz ve su damlacıkları sayesinde büyük miktarda elektrik yükü biriktiriyor. Ancak bu yüklerin boşalması için, öncelikle birkaç küçük ama hızlı elektrona ihtiyaç duyuluyor.

Bu elektronlar, buluttaki yoğun elektrik alanı tarafından hızlandırılarak havadaki moleküllerle çarpışıyor. Çarpışma sonucu ortaya çıkan yüksek enerjili X-ışınları, başka moleküllerden yeni elektronların kopmasına neden oluyor. Yeni oluşan elektronlar da aynı süreci tekrarlayarak bir tür “elektron zinciri” oluşturuyor. İşte bu zincirleme reaksiyon, bilim insanlarının “fotoelektrik geri besleme” olarak tanımladığı mekanizmayı oluşturuyor ve yıldırımın başlamasına zemin hazırlıyor.

Bu sürecin en dikkat çekici yönlerinden biri, oldukça hızlı ve küçük çaplı gerçekleşmesi nedeniyle çoğu zaman gökyüzünde hiçbir ışık ya da ses üretmeden tamamlanması ancak bu esnada salınan yüksek enerjili gama ışınlarının uzaydaki uydular tarafından bile tespit edilebildiği bildiriliyor. Uzun yıllar boyunca bu görünmez patlamaların kaynağını çözemeyen bilim insanları, gökyüzünde hiçbir belirti yokken uzaydan gelen sinyalleri açıklamakta güçlük çekmişti.

Gama ışını patlamalarının kaynağı netleşti

Yeni geliştirilen model, yalnızca gama ışını patlamalarının neden oluştuğunu değil, aynı zamanda yıldırımdan hemen önce kaydedilen çeşitli sinyallerin kökenini de açıklıyor. Örneğin yıldırımdan birkaç milisaniye önce tespit edilen ancak çıplak gözle görülmeyen radyo dalgalarının, “dar bipolar olay” adı verilen özel sinyallerle ilişkili olduğu anlaşıldı.

Benzer şekilde, yıldırımların bulut içinde başlarken yaydığı zayıf elektrik darbeleri de araştırma sayesinde açıklığa kavuştu. Çalışma, tüm bu olayların aynı fotoelektrik geri besleme zincirinin farklı halkaları olduğunu ortaya koydu. Gama ışını, radyo dalgası, zayıf darbe ve yıldırımın kendisi, bu zincirin sonucunda ortaya çıkan aşamalar olarak tanımlanıyor.

Araştırma ayrıca, yıldırımların neden her zaman görünür olmadığına da açıklık getiriyor. Süreci başlatan görünmeyen boşalmalar, bazen “streamer” adı verilen mavi ışıklı yapılar oluşturabiliyor ancak elektrik alan yeterince güçlü değilse, süreç yalnızca X-ışını ve gama ışını formunda gerçekleşerek çıplak gözle algılanamıyor. Bu nedenle bazı yıldırımlar “karanlık yıldırım” olarak adlandırılıyor.

Yüksek irtifadaki yıldırımlar daha farklı işliyor

Çalışmada, yıldırım sürecinin irtifaya göre nasıl değiştiği de incelendi. Bulutların daha yüksek katmanlarında hava daha seyrek olduğundan, görünmeyen patlamalar daha uzun sürebiliyor ve daha güçlü gama ışınları üretebiliyor. Bu durum, bazı gama ışını sinyallerinin uydular tarafından net şekilde algılanmasını, bazılarının ise sadece yere yakın dedektörlerle saptanabilmesini açıklıyor.

Araştırmada yürütülen simülasyonlar, bu süreçlerin saniyenin milyonda biri gibi çok kısa zaman dilimlerinde gerçekleştiğini gösterdi. Elde edilen veriler, yalnızca atmosfer fiziği için değil, aynı zamanda hava trafiği ve uzay araçlarının güvenliği açısından da bilgiler taşıyor. Çünkü bu görünmeyen gama ışını patlamaları, uçaklar ya da uydular üzerinde olumsuz etkilere yol açabilecek kadar yüksek enerji taşıyabiliyor.

Uzmanlar, bu mekanizmanın daha ayrıntılı şekilde anlaşılmasıyla birlikte, yıldırımların ne zaman, nerede ve nasıl başlayacağına ilişkin tahminlerin de daha isabetli hale gelebileceğini ifade ediyor.

Kaynak: AGU