雷は古くから科学者や一般の人々を恐れさせ、魅了してきました。 その割には比較的一般的な現象にもかかわらず、雷の正確な形成過程は長い間謎に包まれていましたが、新たな研究がいくつかの手がかりを提供しています。
エンジニアと気象学者のチームは、雷が雲の頂上でどのように形成されるかという不思議な謎を解明したと信じています。 その解決策は、気候の神秘を解明するためにますます影響力を持つようになっている数学モデルから来ています。 2023年7月28日に「Journal of Geophysical Research」に発表された論文によれば、この新しいモデルは雷を発生させる雷雲の内部を説明しています。
これらの雲の内部では、強力な電場が電子を加速させ、X線、電子、そして高エネルギー光子の激しいフラックスを生成し、ついには雷の巨大なボルトを生じさせるというのが、この研究が示唆する内容です。 また、この革新的な理論的洞察に加え、雷を生成する独自のメカニズムが新しいX線源を生み出す道を開く可能性も示唆されています。
この研究では、エンジニアと気象学者のチームが、雷を生じさせる物理条件をシミュレートした以前のモデルを基に作業しました。 研究のシニア著者であるVictor Paskoは、ペンシルベニア州立大学の電気工学者であり、2023年にこのモデルを開発しました。 その後、フィールド観測データを、地上センサー、衛星データ、高高度スパイ機を用いて収集した他の研究グループから比較しました。
特に、雷に関連する目に見えないX線とラジオ波のバーストであるテラナリアガンマ線フラッシュ（TGF）イベントの同定に焦点を当てました。 彼らは、雷雲内部の電子が電場によって強制的に衝突を起こした際に、エネルギーのある光子—X線—を放射することを発見しました。 これは新たな「雪崩」の効果を引き起こし、エネルギーをさらなる電子に移すことで、最終的には空を横切る光のアークとして私たちが見る瞬間が生じるのです。
Pasko氏は、「この連鎖反応は非常にコンパクトな空間で生成されるだけでなく、高度に可変的な強度で発生する可能性がある」と述べています。 この変動性が、雷雲近くに存在する「光学的に暗いおよびラジオサイレント」なTGFの存在を説明しているかもしれません。
新しいモデルは「異なる高度で観測されるイベントとの定量的比較」と一般に適用可能な「初の完全に時間依存したシミュレーション」を提示します。 これは、通常、雷雲の限られた局所領域をモデル化していた従来の研究と異なる点です。
時には、私たちの身近な謎を解明するのに長い時間がかかります。 最近の例として、科学者たちは静電気の働きを、物質が他の表面にこすり付けられた時の変形量を計算することでついに発見しました。 もちろん、これらの研究で使われる数学は小学校で見るようなものではありませんが、これらの複雑な計算の背後にある中央の概念は、シンプルな出発点に基づいているということです。
これまでのところ、この戦略は非常にうまく機能しているようです。
画像の出所：gizmodo