As tempestades pertencem a uma lista não exaustiva de coisas surpreendentemente mundanas sobre as quais sabemos surpreendentemente pouco. No ano passado, uma equipe de engenheiros identificou como os relâmpagos se formam no topo das nuvens. A mesma equipe está de volta com outra engenhoca surpreendente: um “relâmpago em uma caixa” de plástico em miniatura.
Num estudo recente publicado em Cartas de revisão físicaengenheiros liderados por Victor Pasko, da Penn State University, relataram que desenvolveram um conceito para um aparelho para modelar quedas de raios. Isso pode não parecer tão impressionante, mas de acordo com as simulações, a caixa seria um pouco maior que um baralho de cartas e exigiria materiais relativamente baratos e acessíveis para ser criada.
Tudo depende de a equipe conseguir provar experimentalmente seu conceito. Mas se tiverem sucesso, engenheiros, cientistas atmosféricos e físicos poderão ter um dia de campo explorando relâmpagos com uma conveniência sem precedentes.
“Se você for capaz de experimentar condições semelhantes às de um raio em um desktop sob condições controladas, seria maravilhoso – muito mais econômico e poderia responder a muitas perguntas”, disse Pasko em um comunicado. declaração.
A física de uma tempestade iminente
Os resultados são os mais recentes de uma série de estudos de Pasko, que em 2023 concebido um modelo matemático para simular condições físicas que produzem raios. Em descobertas do ano passadoPasko e seus colegas compararam o modelo com observações de campo usando sensores terrestres, dados de satélite e aviões espiões de alta altitude.
A partir da análise, a equipe concluiu que os relâmpagos provêm de uma reação em cadeia de poderosos campos elétricos que aceleram elétrons, que então produzem radiação de raios X após colidirem com as partículas de nitrogênio e oxigênio no ar. As partículas caóticas eventualmente liberam uma explosão de fótons que reconhecemos como um arco de luz crepitando no céu.
Reduzindo uma greve massiva
Para o novo estudo, a equipe se perguntou se esse ciclo de feedback – formalmente chamado de avalanche de elétrons descontrolados relativísticos – poderia ser replicado dentro de espaços físicos muito menores. Melhor ainda, esses espaços poderiam ser feitos de materiais isolantes comuns, como vidro, acrílico ou quartzo?
As simulações avaliaram se um fornecimento de elétrons de alta energia no laboratório poderia desencadear radiação semelhante a um raio em pequenos blocos sólidos. Surpreendentemente (desculpe), a equipe descobriu que – pelo menos teoricamente – um bloco denso e sólido menor que um polegar poderia imitar as mesmas condições elétricas de tempestades reais.
Isso é bastante selvagem, considerando que tempestades reais “produzem potenciais elétricos de cerca de 100 milhões de volts em regiões de nuvens com escala de quilômetros”, disse Pasko. Isso é possível devido à alta densidade desses materiais, que pode ser até mil vezes mais denso que o ar. A força de atrito nesses sólidos é “muito maior do que na atmosfera, o que diminui a escala espacial do processo”, de acordo com um comentário ao artigo de Revista Física.
Uma vez que os primeiros elos da reação em cadeia sejam reproduzidos no pequeno bloco, a força do ciclo de feedback seria suficiente para manter a avalanche em andamento, supôs o artigo.
O relâmpago em uma caixa chegará quando?
Isso pressupõe que a equipe consiga confirmar experimentalmente suas descobertas. No artigo, os pesquisadores esboçam alguns fatores que precisam de confirmação caso os métodos propostos de mini-relâmpagos se concretizem, como o campo elétrico mínimo necessário para as reações ou como o “feixe” de elétrons teria que ser aplicado ao sólido.
Ainda assim, os ganhos esperados são grandes, disse Pasko, dado o quão caro é para os investigadores realizar experiências em “grande escala” para observar padrões climáticos extremos. Um anterior estudar também demonstrou que era possível reproduzir reações semelhantes a relâmpagos num aparelho relativamente pequeno, pelo que as previsões do novo estudo podem não ser tão irrealistas, acrescentou.
Admito que fiquei um pouco desapontado quando não consegui encontrar uma fotografia do chamado “relâmpago numa caixa”. Mas, felizmente, a equipe já está trabalhando no caso e, dado o histórico de Pasko na entrega das últimas pesquisas sobre raios, esperamos ver uma em breve.
