Forskere fanger røntgenstråler fra opadgående positivt lyn

Globalt set er lynet ansvarlig for over 4.000 dødsulykker og milliarder af dollars i skader hvert år; Schweiz selv forvitrer op til 150.000 strejker årligt. At forstå præcis, hvordan lyn dannes, er nøglen til at reducere risikoen, men fordi lynfænomener opstår på sub-millisekunders tidsskalaer, er direkte målinger ekstremt vanskelige at opnå.

Nu har forskere fra Electromagnetic Compatibility Lab, ledet af Farhad Rachidi, på EPFL's School of Engineering for første gang direkte målt et uhåndgribeligt fænomen, der forklarer meget om fødslen af ​​et lyn:røntgenstråling.

I et samarbejde med University of Applied Sciences i det vestlige Schweiz og Uppsala Universitet i Sverige registrerede de lynnedslag ved Säntis-tårnet i det nordøstlige Schweiz, og identificerede røntgenstråler forbundet med begyndelsen af ​​opadgående positive blink. Disse blink starter med negativt ladede ranker (ledere), der stiger trinvist fra et objekt i høj højde, før de forbindes med en tordensky og overfører positiv ladning til jorden.

"Ved havoverfladen er opadgående blink sjældne, men kan blive den dominerende type i store højder. De har også potentiale til at være mere skadelige, fordi lynet i et opadgående glimt forbliver i kontakt med en struktur i længere tid, end det gør under en nedadgående blink, hvilket giver den mere tid til at overføre elektrisk ladning," forklarer Ph.D. kandidat Toma Oregel-Chaumont.

Selvom røntgenstråling tidligere er blevet observeret fra andre typer lyn, er det første gang, de er blevet fanget fra opadgående positive blink. Oregel-Chaumont, den første forfatter på en Scientific Reports papir, der beskriver observationerne, siger, at de giver værdifuld indsigt i, hvordan lyn – og især opadgående lyn – dannes.

"Den faktiske mekanisme, hvormed lynet initierer og udbreder sig, er stadig et mysterium. Observationen af ​​opadgående lyn fra høje strukturer som Säntis-tårnet gør det muligt at korrelere røntgenmålinger med andre samtidigt målte størrelser, såsom højhastighedsvideoobservationer og elektriske strømme."

En unik observationsmulighed

Det er måske ikke overraskende, at de nye observationer blev foretaget i Schweiz, da Säntis-tårnet byder på unikke og ideelle måleforhold. Det 124 meter høje tårn er placeret på toppen af ​​en høj top af Appenzell-alperne, hvilket gør det til et primært lynmål. Der er fri sigte fra nabotoppe, og det ekspansive forskningsanlæg er spækket med højhastighedskameraer, røntgendetektorer, elektriske feltsensorer og strømmåleapparater.

Det er afgørende, at hastigheden og følsomheden af ​​dette udstyr tillod holdet at se en forskel mellem negative ledertrin, der udsendte røntgenstråler, og dem, der ikke gjorde det, hvilket understøttede en teori om lyndannelse kendt som den kolde løbske elektronmodel. I en nøddeskal understøttede forbindelsen mellem røntgenstråler og meget hurtige elektriske feltændringer teorien om, at pludselige stigninger i luftens elektriske felt får omgivende elektroner til at "løbe væk" og blive til et plasma:lyn.

"Som fysiker kan jeg godt lide at kunne forstå teorien bag observationer, men denne information er også vigtig for at forstå lyn fra et ingeniørmæssigt perspektiv:Flere og flere højhøjdestrukturer, som vindmøller og fly, bliver bygget af komposit. Disse er mindre ledende end metaller som aluminium, så de opvarmes mere, hvilket gør dem sårbare over for skader fra opadgående lyn," siger Oregel-Chaumont.

Observationerne ved Säntis - som modtager over 100 lynnedslag hvert år - er i gang. Dernæst planlægger forskerne at tilføje en mikrobølgesensor til tårnets arsenal af udstyr; dette kunne hjælpe med at afgøre, om den kolde løbske model også gælder for nedadgående lyn, da mikrobølger i modsætning til røntgenstråler kan måles fra skyerne.

Flere oplysninger: Toma Oregel-Chaumont et al., Direkte observationer af røntgenstråler produceret af opadgående positivt lyn, Videnskabelige rapporter (2024). DOI:10.1038/s41598-024-58520-x

Journaloplysninger: Videnskabelige rapporter

Leveret af Ecole Polytechnique Federale de Lausanne