كتب مارك توين:"الرعد مثير للإعجاب ، لكن البرق هو الذي يقوم بالعمل". سوف يفهم أي شخص شاهد عاصفة رعدية ما قصده:البرق هو أحد أكثر الظواهر إثارة للرعب في الطبيعة ، حيث ينير السماء بشوكها المخيف.
وفقًا لمكتب الأرصاد الجوية في المملكة المتحدة ، يضرب البرق الكوكب ما يصل إلى 1.4 مليار مرة في السنة (يفتح في علامة تبويب جديدة) ، أو ما يقدر بـ 44 مرة كل ثانية. وهو أكثر من مجرد عرض ضوئي:يلعب البرق دورًا مهمًا في الحفاظ على التوازن الكهربائي للأرض قيد الفحص (يفتح في علامة تبويب جديدة) ؛ يساعد في تثبيت النيتروجين (يفتح في علامة تبويب جديدة) ، مما يساعد النباتات على النمو ؛ وربما يساعد أيضًا في تطهير الغلاف الجوي من الملوثات (يفتح في علامة تبويب جديدة).
لكن بعض ضربات البرق تعمل بجد أكثر من غيرها. بينما تقيس معظم ومضات البرق من 2 إلى 3 أميال (يفتح في علامة تبويب جديدة) (من 3.2 إلى 4.8 كيلومترات) في الطول ، بعض البراغي الهائلة حقًا تتكسر أحيانًا فوق رؤوسنا ، وتشق طريقها عبر مئات الأميال من السماء. ولكن ما هو الحجم الذي يمكن أن يصل إليه البرق في الواقع؟ وهل يجب أن نقلق بشأن هذه المسامير العملاقة؟
كيفية صنع البرق
ينشأ البرق في سحب العاصفة عندما تتطور شحنة موجبة قوية في إحدى مناطق السحابة وتتطور شحنة سالبة قوية في منطقة أخرى ، مما ينتج عنه قوى كهربائية بينهما.
قال دون ماك جورمان ، الفيزيائي والباحث الأول في مختبر العواصف الشديدة القومي التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) في أوكلاهوما:"يبدأ وميض البرق في منطقة تكون فيها القوى الكهربائية قوية للغاية". "تصبح قوية بدرجة كافية بحيث لا يستطيع الهواء تحمل القوة الكهربائية بعد الآن ويتعطل".
هذا يعني أنه مع نمو القوة الكهربائية ، فإنها تكسر قوة عزل الهواء ، والتي عادةً ما تُبقي المناطق ذات الشحنات المختلفة منفصلة عن بعضها البعض. يعتقد الباحثون أن هذا يحدث لأن تراكم القوة الكهربائية المفرطة يبدأ في تسريع الإلكترونات "الحرة" - تلك غير المرتبطة بذرة أو جزيء - في الهواء ، يؤدي بدوره إلى إرخاء الإلكترونات الأخرى من ذراتها وجزيئاتها ، كما قال ماكجورمان. تستمر هذه العملية ، مما يؤدي إلى تسريع المزيد والمزيد من الإلكترونات. قال ماكجورمان لـ Live Science:"يسمي العلماء هذه العملية بانهيار إلكترون ، وهذا ما نعنيه عندما نقول إن الهواء ينهار".
يؤدي هذا في النهاية إلى إنشاء قناة ساخنة جدًا في الهواء تعمل مثل السلك ، والتي تنمو نهاياتها نحو الخارج باتجاه الشحنات الموجبة والسالبة التي تسببت في الانهيار. تربط القناة المتنامية الشحنات الموجبة والسالبة في النهاية ، وعندما تفعل ذلك ، فإنها تطلق التيار الكهربائي الهائل الذي نعرفه على أنه وميض البرق.
قال MacGorman:"فكر في الأمر على أنه شرارة عملاقة نمت عبر السحابة".
في بعض الأحيان ، لا تحتوي المنطقة السفلية من السحابة ، والتي تحتوي عادةً على شحنة موجبة ، على شحنة كافية من تلقاء نفسها لإيقاف القناة. لذلك يستمر الصاعقة في النمو ، وتمتد لأسفل نحو الأرض. أثناء قيامها بذلك ، فإنها توجه شرارة صاعدة من الأرض لمواجهتها ، مما يؤدي إلى وميض برق بتيارات كهربائية ضخمة تنقل بعض شحنة العاصفة إلى الأرض. هذه القنوات من السحابة إلى الأرض هي ما يصوره معظمنا بشكل شائع عندما نفكر في البرق - تلك الشوكات الزاهية التي تضرب الأرض .
السحابة هي الحد
ولكن ما هي العوامل التي تحد من حجم هذه البراغي الضخمة؟ يحاول الباحثون الإجابة على هذا السؤال منذ عقود. عموديًا ، يكون مدى الفلاش محدودًا بارتفاع سحابة العاصفة ، أو المسافة من الأرض إلى قمتها ، والتي تبلغ حوالي 12 ميلاً (20 كم) في أعلى مستوياتها.
لكن أفقيًا ، يوفر نظام السحابة الشامل مساحة أكبر للعب بها. هذا هو المكان الذي يعمل فيه الأثقال بسحرهم.
في عام 1956 ، استخدم Myron Ligda ، عالم الأرصاد الجوية في تكساس ، الرادار لاكتشاف وميض يمتد لأكثر من 100 ميل (يفتح في علامة تبويب جديدة) (160 كلم). في ذلك الوقت ، تم التعرف عليه باعتباره أطول وميض برق تم تسجيله على الإطلاق. منذ ذلك الحين ، سمحت التطورات في التكنولوجيا للباحثين بقياس الومضات الأكبر ، والمزيد منها.
في عام 2007 ، حدد الباحثون صاعقة فوق أوكلاهوما يبلغ طولها 200 ميل (322 كم). ولكن بعد عقد من الزمان فقط ، تم محو هذا السجل:في أكتوبر 2017 ، أطلقت السحب فوق الغرب الأوسط وميضًا من البرق ضخمًا لدرجة أنه أضاء السماء فوق تكساس وأوكلاهوما وكانساس. امتدت الهزة التي امتدت لأكثر من 310 أميال (500 كيلومتر) عبر الولايات الثلاث ، وكانت غير مسبوقة لدرجة أن مجموعة من الباحثين نشرت دراسة عنها في مجلة Bulletin of the American Meteorological Society (يفتح في علامة تبويب جديدة) ، واصفًا إياه بأنه "megaflash". كانت واحدة من أكبر ومضات البرق المسجلة على الإطلاق.
ولكن حتى هذا الوميض تم تجاوزه. الميمون ، في عيد الهالوين 2018 ، صاعقة برق فوق البرازيل ، تم الكشف لاحقًا أنه امتد لأكثر من 440 ميلًا (يفتح في علامة تبويب جديدة) (709 كم). حطمت السماء هذا الرقم القياسي من خلال إبقاء علماء الأرصاد الجوية على أهبة الاستعداد ، حيث أطلقت عملاقًا آخر في 29 أبريل 2020 - وميض ضخم امتد من تكساس إلى ميسيسيبي ، يغطي 477 ميلًا (يفتح في علامة تبويب جديدة) (768 كلم)
بينما يُلاحظ البرق تقليديًا من الأنظمة الأرضية مثل الهوائيات والرادار ، يتم الآن تسجيل العديد من هذه الومضات التي تحطم الرقم القياسي باستخدام الأقمار الصناعية. واحد من هؤلاء يسمى مخطط البرق الثابت بالنسبة للأرض (يفتح في علامة تبويب جديدة) ، المكونة من مستشعرات على قمرين صناعيين يدوران حول الأرض ، ساعدت في الكشف عن المدى الهائل لوميض البرق في أكتوبر 2017 ، كما قال MacGorman ، وهو مؤلف دراسة حول هذا الفلاش السابق الذي حطم الأرقام القياسية. قال MacGorman:"يستجيب هذا النظام للضوء المنبعث من قمة سحابة ، لذلك نرى الضوء من وميض البرق ويمكننا بعد ذلك تعيينه ، إلى حد كبير في جميع أنحاء هذا النصف من الكرة الأرضية".
صناعة العمالقة
ولكن حتى مع هذه الرؤى المرئية المثيرة ، لا يزال الباحثون غير متأكدين من الآليات الدقيقة التي تدعم مثل هذه الإضاءة الكهربائية الطويلة. يكاد يكون من المؤكد أن حجم السحب هو أحد العوامل ؛ وقال ماكجورمان إن هناك حاجة أيضًا إلى "عمليات متوسطة الحجم - تدفقات رياح واسعة النطاق تمكن هذا النظام من الارتباط ببعضه البعض للاستمرار لفترة طويلة".
مع المرحلة التي حددتها هذه الغيوم الوحشية ، ما الذي يحدث بالفعل داخلها؟ قال كريستوفر إميرسيك ، الباحث الذي يدرس كهربة العواصف الرعدية في جامعة مانشستر في المملكة المتحدة:"تبدو هذه الومضات الضخمة مثل سلسلة مستمرة من التصريفات في تتابع متقارب للغاية".
يفترض أنه إذا كان النظام السحابي مشحونًا بدرجة عالية عبر مساحة كبيرة ، فيمكن لسلسلة من التصريفات أن تنتشر من خلاله مثل خط من قطع الدومينو المتساقطة. قال إيميرسيك لموقع Live Science:"إذا تم إعداد قطع الدومينو بالكامل دون وجود فجوة كبيرة جدًا ، فإن أحدها يُشغل الآخر في سلسلة كبيرة من عمليات السقوط". "وإلا ، فإنه" يفشل "، وفي هذه الحالة ، ستحصل فقط على حدث برق مكاني أصغر بدلاً من وميض ضخم."
قال Emersic إنه كلما كانت السحابة الأصلية أكبر ، زادت فرصة استمرار التفريغ في الانتشار - "ولهذا السبب يمكن أن تكون الومضات الضخمة ، من حيث المبدأ ، كبيرة مثل السحابة الأصلية ، إذا كانت بنية الشحن مواتية".
هذا يعني أيضًا أنه من المحتمل وجود ومضات أكبر بكثير مما رأيناه بالفعل. قال ماكجورمان:"يمكن أن تصبح العواصف أكبر من تلك التي قمنا بالقياس من خلالها".
يقترن هذا بأدوات كشف أكثر تعقيدًا ، مما يجعل من المرجح أن صائدي الصواعق سيستمرون في العثور على مسامير أكبر تحطم الأرقام القياسية الحالية وتزيد من وعينا بهذه المآثر الطبيعية الهائلة.
مدعاة للقلق؟
على الرغم من الصورة المروعة التي يرسمونها ، فإن الومضات الضخمة ليست بالضرورة أكثر خطورة من البرق العادي. قال إيميرسيك:"الوميض المكاني الواسع لا يعني بالضرورة أنه يحمل المزيد من الطاقة".
نظرًا لأن أنظمة السحابة التي نشأت منها واسعة جدًا ، فقد يكون من الصعب التنبؤ بضربات الوميض الضخم. وقال إميرسيتش:"يمكن أن تؤدي مثل هذه الأحداث في كثير من الأحيان إلى ضربات أرضية بعيدة عن نشاط البرق الرئيسي في قلب الحمل الحراري". "قد يعتقد شخص ما على الأرض أن العاصفة قد مرت ، ولكن قد تفاجأ بواحدة من هذه التصريفات المكانية المكثفة على ما يبدو من العدم".
وقال إميرسيك إنه من المحتمل أيضًا أنه في عالم يزداد احترارًا ، قد يكون هناك ارتفاع في أنواع العواصف التي تؤدي إلى حدوث وميضات ضخمة. "وهكذا ، بشكل غير مباشر ، يمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة احتمالية الظروف ، وبالتالي زيادة تواترها".
في الوقت الحالي ، على الرغم من ذلك ، الومضات الضخمة ليست شائعة ؛ يقدر MacGorman أنهم يشكلون حوالي 1٪ فقط من ومضات البرق بشكل عام. ومع ذلك ، فإن الباحثين أمثاله سيواصلون الصيد - ولا شك في اكتشافهم - حتى عملاق أكبر علينا أن نتعجب به.
