• ciência dura

Para estudar melhor os raios, os pesquisadores estão criando-os com foguetes

• Pesquisadores usam foguetes para criar e estudar raios, lançando-os em céus tempestuosos para estabelecer caminhos condutivos entre a terra e as nuvens.
• Este método permite aos cientistas medir raios sob condições relativamente controladas, melhorando nossa compreensão do complexo comportamento elétrico que leva a um raio.
• Um projeto de foguete desenvolvido recentemente oferece uma nova maneira de induzir relâmpagos.

Guiando um raio com um laser é uma façanha impressionante, mas não é o único método feito pelo homem para criar relâmpagos. Os lançamentos de foguetes também podem estimular ataques, levando carga da terra para o céu para desencadear uma descarga, deixando para trás um tubo de plasma brilhante convidando mais golpes. É impressionante. Veja como funciona.

O foguete

Foguetes subindo em tempo tempestuoso são um alvo natural para raios. Apolo 12 foi atingido duas vezes logo após a decolagem da almofada.

Mas derrubar raios do céu não requer um foguete tão grande quanto o Apollo. Para chegar perto da tempestade, um foguete precisa subir apenas algumas centenas de metros - cerca de 1.000 pés - para que possa ser pequeno e simples. O foguete, menor que uma pessoa, arrasta um fino fio de cobre conectando-se de volta ao solo, o que cria um caminho condutor para a carga elétrica viajar entre a terra e o céu. A corrente elétrica no cabo pode ser medida continuamente para observar os fenômenos elétricos que levam à primeira descarga.

Um novo design de foguete patenteado evita o fio de cobre e cria quimicamente o caminho do raio. O combustível do foguete é dopado com pequenas quantidades de sal. Cloreto de sódio, cloreto de cálcio ou cloreto de césio são puxados pelo motor, aquecidos e quebrados em componentes de íons carregados expelidos no escapamento. Os átomos de Cs, Ca ou Na carregados positivamente resfriam e se ligam às moléculas de água no ar, formando gotículas de água salgada. Essas gotículas são muito mais condutoras de eletricidade do que as gotículas de água doce, deixando um rastro de alta condutividade no rastro do foguete.

A eletricidade atmosférica

Muitos experimentos de raios de foguetes são realizados na Flórida, que está cheio de áreas atraentes , enquanto outros são conduzidos no Novo México, onde as montanhas fornecem pontos de lançamento propícios. Quando o céu fica adequadamente escuro e tempestuoso, a carga elétrica se acumula na nuvem, criando um campo elétrico na atmosfera.

Na maioria dos casos, os elétrons se acumulam perto do fundo das nuvens de tempestade, produzindo uma carga líquida negativa e atraindo carga positiva no solo abaixo. A condução de objetos que apontam para o céu tenderá a acumular carga positiva concentrada, convidando o excesso de carga negativa na nuvem a fluir para baixo e aliviar o desequilíbrio. Ambos os lados enviam líderes carregados— faíscas brilhantes de atmosfera quebrada - em direção ao outro. Normalmente, os líderes negativos descendentes são mais impressionantes, enquanto os líderes positivos ascendentes são pequenos e difíceis de distinguir, a menos que fotografado no momento certo .

À medida que o foguete com fio voa para cima, um líder de carga positiva subindo sobe o fio de cobre condutor em direção à nuvem. A própria ponta do líder, ou flâmula , é um tubo oscilante de gás atmosférico ionizado, onde os elétrons arrancados dos núcleos em um estado de plasma criam uma região de alta condutividade elétrica. Esta faísca púrpura sonda caminhos através da atmosfera, atraídos para a carga negativa nas flâmulas descendentes acima.

Na maioria das vezes, os líderes e streamers vacilam, não conseguem se conectar e morrem. A complexidade dos fenômenos elétricos torna quase impossível prever qual será a conexão bem-sucedida.

o golpe

No momento em que uma ponta de streamer carregada positivamente se conecta com sucesso com o streamer negativo do líder da nuvem, um caminho condutivo completo é estabelecido entre a nuvem e o solo. Um instante depois, uma explosão de elétrons flui pelo caminho, descarregando da nuvem para o solo. O caminho se ilumina com a corrente, produzindo um flash ofuscante e acionando o trovão da onda de choque.

O complicado comportamento elétrico que leva ao derrame é um processo contínuo tópico de pesquisa . Embora a descarga seja bastante óbvia, os pesquisadores podem juntar uma história mais complexa dos eventos que levaram a isso, registrando a corrente elétrica que desce pelo fio do foguete ao longo do tempo. Por exemplo, uma série de pulsos precursores indica correntes que falharam em criar líderes. Um período de fluxo de corrente elevado indica o estabelecimento de um líder, em busca de conexão. Uma queda gradual na corrente indica um líder com falha, enquanto uma corrente constante ou crescente que finalmente sai da escala é um líder fazendo uma conexão e provocando uma descarga violenta.

A corrente maciça de uma descarga vaporiza o fio e o aquece em um plasma. O tubo de metal ionizado permanece altamente condutor, convidando novos golpes pelo mesmo caminho, visíveis a olho nu como flashes repetidos. pode resolvê-los como golpes individuais viajando ao longo dos restos de fio.

Movendo a pesquisa de raios em direção à ciência testável

Assim como a astronomia, o estudo dos raios costuma ser uma ciência observacional. Fenômenos complicados ocorrem no mundo natural, e os pesquisadores constroem instrumentos para medi-los e depois modelos para explicá-los. O disparo de foguetes aproxima os fenômenos testes de laboratório sob condições controladas . Os raios podem ser induzidos e medidos sob condições quantificáveis ​​específicas – altitude, campos predominantes, potencial elétrico e assim por diante – em vez de apenas observados passivamente.

Embora os foguetes possam atuar como pára-raios no ar, lançar dezenas de foguetes cada vez que uma nuvem de tempestade cresce não é prático. Isso é especialmente verdadeiro em locais como a Flórida, onde as tempestades podem ocorrer todas as tardes durante vários meses. No entanto, a simplicidade, conveniência e eficácia comprovada do raio guiado por foguete é uma ferramenta útil para pesquisadores que buscam aprender mais sobre o fenômeno, seja para fins práticos ou por curiosidade científica.

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