كشفت دراسة علمية حديثة أن العواصف الرعدية ليست أكثر انتشارا في شرق تلسكوب «غرابس-3» الهندي مقارنة بالغرب، كما أظهرت القياسات سابقا، بل إن السبب يعود إلى تأثير المجال المغناطيسي للأرض في الجسيمات الكونية التي يستخدمها العلماء لرصد النشاط الكهربائي داخل السحب.
ونُشرت الدراسة في دورية «جورنال أوف كوزمولوجي أند أستروبارتيكل فيزكس»، وقدمت تفسيرا للانحياز الذي حيّر الباحثين لسنوات، بعدما سجل التلسكوب عددا أكبر بكثير من العواصف في الجزء الشرقي من مجال رؤيته.
جسيمات تكشف الكهرباء داخل السحب
يقع تلسكوب «غرابس-3» في مدينة أوتي جنوبي الهند، وتبلغ مساحة كاشف الميونات فيه نحو 560 مترا مربعا، ويرصد قرابة أربعة مليارات ميون يوميا. وتنتج هذه الجسيمات عندما تصطدم الأشعة الكونية القادمة من الفضاء بالغلاف الجوي للأرض.
وتتميز الميونات بقدرتها على اختراق الغلاف الجوي والوصول إلى سطح الأرض، ما يجعلها أداة مهمة لدراسة الظواهر التي تحدث داخل العواصف الرعدية.
وأوضح هاري هاران بالاكريشنان، الباحث في معهد تاتا للبحوث الأساسية والمؤلف الرئيسي للدراسة، أن الميونات الموجبة والسالبة تتأثر بصورة متعاكسة بالمجال الكهربائي القوي داخل السحب. ونظرا إلى أن أعداد الميونات الموجبة أكبر من السالبة، فإن تأثيراتها لا تتعادل تماما، ما يؤدي إلى تغير في عدد الجسيمات التي تصل إلى التلسكوب.
ومن خلال تحليل هذا التغير، يستطيع العلماء تقدير فرق الجهد الكهربائي داخل العواصف، دون الحاجة إلى إرسال أجهزة قياس مباشرة إلى داخل السحب.
وسبق للفريق أن استخدم هذه الطريقة لتقدير فرق الجهد في إحدى العواصف الرعدية بنحو 1.3 مليار فولت، وهو رقم يفوق بكثير مستويات وصلت إليها القياسات المباشرة، وقدرت بنحو 130 مليون فولت.
لماذا ظهرت العواصف أكثر شرقا؟
رصد التلسكوب 487 عاصفة رعدية خلال الفترة الممتدة من أبريل/نيسان 2011 إلى ديسمبر/كانون الأول 2020. وأظهرت البيانات أن 81.5% من الأحداث سُجلت شرقا، مقابل 13.7% فقط غربا.
لكن مقارنة هذه النتائج بقياسات مستقلة للمجال الكهربائي في الغلاف الجوي لم تكشف عن زيادة مماثلة في النشاط الرعدي شرقا، ما دفع الباحثين إلى البحث عن سبب مرتبط بآلية الرصد نفسها.
وأظهرت المحاكاة الحاسوبية أن المجال المغناطيسي للأرض يؤثر في مسارات الأشعة الكونية المشحونة، ويغيّر احتمالات وصولها إلى الغلاف الجوي بحسب اتجاه حركتها. وينعكس ذلك على أعداد الميونات الموجبة والسالبة التي يرصدها التلسكوب.
ووجد الباحثون أن نسبة الميونات الموجبة إلى السالبة تبلغ نحو 1.37 في الشرق، مقابل 1.14 في الغرب، وهو اختلاف يجعل التلسكوب أكثر حساسية للتأثير الكهربائي للعواصف الواقعة شرقا.
وعندما أدخل الفريق هذه النسب في المحاكاة، ظهرت نتائج مشابهة للانحياز المسجل فعليا، بينما اختفى الاختلاف عند استخدام النسبة نفسها في الاتجاهين.
خطوة جديدة لفهم العواصف
توضح النتائج أن العواصف الرعدية في الشرق لا تمتلك بالضرورة جهدا كهربائيا أعلى من تلك الموجودة في الغرب، وإنما يسهل رصد تأثيرها بسبب اختلاف أعداد الميونات التي تصل إلى التلسكوب.
ويرى الباحثون أن حل هذا اللغز يعزز موثوقية استخدام الميونات في دراسة الكهرباء داخل السحب الرعدية، ويفتح المجال أمام تطوير وسائل غير مباشرة لقياس فروق الجهد الهائلة داخل العواصف، بالاعتماد على الجسيمات الكونية التي تعبر الغلاف الجوي باستمرار.
