MADRID, 28 jul. (EUROPA PRESS) -
Uma equipe de pesquisadores da Penn State University revelou no "Journal of Geophysical Research" a poderosa reação em cadeia que desencadeia os raios.
Os autores determinaram que fortes campos elétricos em nuvens de tempestade aceleram elétrons que colidem com moléculas como nitrogênio e oxigênio, produzindo raios X e iniciando um dilúvio de elétrons adicionais e fótons de alta energia: a tempestade perfeita da qual nascem os raios.
Vale lembrar que, embora os cientistas tenham entendido há muito tempo como os raios ocorrem, os fenômenos atmosféricos precisos que desencadeiam os raios dentro das nuvens de trovoada permanecem um mistério intrigante.
"Nossas descobertas fornecem a primeira explicação precisa e quantitativa de como os raios se originam na natureza", informa Victor Pasko, professor de engenharia elétrica da Escola de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação da Penn State, em um comunicado. "Elas conectam os raios X, os campos elétricos e a física das avalanches de elétrons.
A equipe usou modelos matemáticos para confirmar e explicar observações de campo de fenômenos fotoelétricos na atmosfera terrestre: quando elétrons de energia relativística, gerados por raios cósmicos que entram na atmosfera vindos do espaço sideral, se multiplicam nos campos elétricos de tempestades e emitem rajadas curtas de fótons de alta energia. Esse fenômeno, conhecido como flash de raios gama terrestre, inclui as explosões invisíveis de raios X e as emissões de rádio que as acompanham.
"Ao simular condições com nosso modelo que replicam as condições observadas em campo, fornecemos uma explicação completa dos raios X e das emissões de rádio presentes nas nuvens de tempestade", diz Pasko. "Mostramos como os elétrons, acelerados por fortes campos elétricos em nuvens de tempestade, produzem raios X ao colidir com moléculas de ar, como nitrogênio e oxigênio, criando uma avalanche de elétrons que produz fótons de alta energia que iniciam o relâmpago.
Por sua vez, Zaid Pervez, um estudante de doutorado em engenharia elétrica, usou o modelo para combinar observações de campo (coletadas por outros grupos de pesquisa usando sensores terrestres, satélites e aviões espiões de alta altitude) com condições simuladas de nuvens de tempestade.
"Explicamos como ocorrem os eventos fotoelétricos, quais condições devem estar presentes nas nuvens de tempestade para iniciar a cascata de elétrons e o que causa a grande variedade de sinais de rádio que observamos nas nuvens, tudo isso antes da queda de um raio", diz Pervez. "Para confirmar nossa explicação sobre o início dos raios, comparei nossos resultados com modelos anteriores, estudos observacionais e meu próprio trabalho em um tipo de raio chamado descargas compactas entre nuvens, que geralmente ocorrem em regiões pequenas e localizadas em nuvens de tempestade.
Além de descobrir o início dos relâmpagos, os pesquisadores explicaram por que os flashes de raios gama terrestres geralmente ocorrem sem flashes de luz ou rajadas de rádio, que são características comuns dos relâmpagos durante tempestades.
"Em nosso modelo, os raios X de alta energia produzidos por avalanches de elétrons relativísticos geram novos elétrons-semente impulsionados pelo efeito fotoelétrico no ar, o que amplifica rapidamente essas avalanches", diz Pasko.
"Além de ocorrer em volumes muito compactos, essa reação em cadeia descontrolada pode ocorrer com intensidade altamente variável, muitas vezes gerando níveis detectáveis de raios X, acompanhados por emissões ópticas e de rádio muito fracas. Isso explica por que esses flashes de raios gama podem surgir de regiões de origem que parecem opticamente fracas e radiossilenciosas", conclui.
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