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 olaylarından biri olsa da bu olayın ilk kıvılcımının nasıl oluştuğu ve bazı yıldırımların neden hiçbir ışık ya da ses üretmeden gerçekleştiği bugüne kadar net 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. Bu süreçte, gözle fark edilmeyen ancak uzaya kadar ulaşabilecek kadar güçlü enerji boşalmaları yaşanıyor.

Fotoelektrik geri besleme nedir?

Fırtına bulutları, buz ve su damlacıklarının çarpışmasıyla büyük miktarda elektrik yükü biriktiriyor. Ancak bu yükün boşalması için önce bazı yüksek enerjili elektronlara ihtiyaç duyuluyor. Bu elektronlar, bulut içindeki yoğun elektrik alan tarafından hızlandırılarak havadaki moleküllerle çarpışıyor. Çarpışma sırasında ortaya çıkan X-ışınları, başka moleküllerden yeni elektronlar koparıyor. Bu elektronlar da aynı süreci tekrar ederek “elektron zinciri” oluşturuyor.

Bilim insanlarının “fotoelektrik geri besleme” dediği bu zincirleme reaksiyon, yıldırımın başlamasına zemin hazırlıyor. Süreç çok hızlı ve küçük ölçekte gerçekleştiğinden çoğu zaman ışık ya da ses üretmiyor ancak bu sırada salınan gama ışınları uydular tarafından bile tespit edilebiliyor.

Gama ışını patlamalarının kaynağı netleşti

Yeni model, gama ışını patlamalarının (TGF) yanı sıra yıldırım öncesinde tespit edilen fakat çıplak gözle görülmeyen radyo dalgalarının ve zayıf elektrik darbelerinin de kaynağını açıklıyor. “Dar bipolar olay” (NBE) adı verilen bu sinyallerin, aynı fotoelektrik geri besleme zincirinin farklı aşamalarında ortaya çıktığı anlaşıldı.

Araştırma, yıldırımların neden her zaman görünür olmadığını da ortaya koyuyor. Elektrik alan yeterince güçlü değilse süreç sadece X-ışını ve gama ışını formunda tamamlanıyor ve “karanlık yıldırım” denilen görünmez yıldırımlar oluşuyor. Ancak alan yeterli seviyeye ulaştığında “streamer” adı verilen mavi ışıklı yapılar devreye girerek yıldırımın görünür hale gelmesini sağlıyor.

Yüksek irtifadaki yıldırımlar daha güçlü

Çalışma, yıldırım sürecinin irtifaya göre değiştiğini de gösterdi. Daha yüksek katmanlarda hava daha seyrek olduğu için görünmeyen patlamalar daha uzun sürüyor ve daha güçlü gama ışınları üretiyor. Bu da bazı sinyallerin uydular tarafından net şekilde algılanmasını, bazılarının ise sadece yere yakın cihazlarla tespit edilebilmesini açıklıyor.

Simülasyonlar, bu süreçlerin saniyenin milyonda biri gibi çok kısa zaman dilimlerinde gerçekleştiğini gösterdi. Bilim insanlarına göre, bu mekanizmanın daha iyi anlaşılması, yıldırımların ne zaman, nerede ve nasıl başlayacağının daha doğru tahmin edilmesine olanak tanıyacak.

Kaynak: AGU