מה מצית ברק? התשובה נמצאת בחלל החיצון

מאז שבנג'מין פרנקלין הוכיח ב-1752 שברקים הם תופעה חשמלית, חוקרים ניסו להבין איך בדיוק הם נוצרים. כשהחלו למדוד את השדות החשמליים בתוך ענני סערה באמצעות מטוסים ובלוני מחקר, הם גילו משהו מוזר: השדות חלשים פי עשר ממה שנדרש כדי ליצור ברק. זה כמו לנסות להדליק מדורה עם גפרור רטוב - פשוט לא אמור לעבוד.

במחקר חדש, פרופ' ויקטור פסקו ועמיתיו מאוניברסיטת פנסילבניה גילו שה"גפרור" שמצית את הברק מגיע מהחלל. קרניים קוסמיות (חלקיקים זעירים בעלי אנרגיה עצומה) מגיעות מהשמש וממקורות רחוקים ביקום. כשהן פוגעות באטמוספירה שלנו, קורה משהו מרתק.

הקרניים מתנגשות במולקולות אוויר ו"מעיפות" מהן אלקטרונים - כמו כדור ביליארד שפוגע בכדורים אחרים ומפזר אותם. האלקטרונים פולטים קרני רנטגן (קרינה חזקה), שפוגעות במולקולות אוויר נוספות ומשחררות עוד אלקטרונים בתהליך שנקרא האפקט הפוטואלקטרי. נוצר מעין מפולת חשמלית - כל אלקטרון יוצר עוד קרינה שמשחררת עוד אלקטרונים, וכך הלאה.

תוך פחות ממיליונית השנייה, תגובת השרשרת הזו יוצרת ערוץ של אוויר מיונן - כלומר, אוויר שהפך למוליך חשמלי. ברגע שהערוץ נוצר, כל המטען החשמלי שהצטבר בענן יכול לזרום דרכו בבת אחת. התוצאה: ברק.

הבזקים מסתוריים מהחלל

מה שמיוחד בגילוי הזה הוא שכל התהליך קורה באזור קטנטן - רק כמה מאות מטרים. זה מסביר למה המדידות הקודמות לא מצאו שדות חזקים מספיק: הם חיפשו בכל הענן, במקום להתמקד בנקודות הקטנות שבהן הברק באמת מתחיל.

המחקר גם פותר תעלומה נוספת. מזה שנים לוויינים קולטים הבזקי קרינה מסתוריים מכיוון כדור הארץ בזמן סופות - פרצים קצרים של קרינת גמא (קרינה חזקה במיוחד) שנמשכים אלפיות שנייה. עכשיו מתברר שאלה חלק מאותו תהליך של יצירת ברקים. כשתגובת השרשרת מתרחשת, היא פולטת את הקרינה החזקה הזו שאפשר לראות מהחלל.

מעבר לסיפוק הסקרנות המדעית, להבנת המנגנון יש השלכות מעשיות. כשאנחנו מבינים בדיוק איך ברקים נוצרים, אנחנו יכולים לפתח מערכות התרעה טובות יותר ולחזות היכן ומתי הם יכו. זה יכול להציל חיים ולמנוע נזקים.

"קרניים קוסמיות מהוות את המפתח להבנת התהליך הראשוני של הברק", מסביר פרופ' פסקו. "הן דוחפות את התהליך החשמלי באטמוספירה לתחילתו, ומחברות בין הסביבה הקוסמית לבין אחת מתופעות הטבע העוצמתיות והמרהיבות ביותר". 

המחקר פורסם בכתב העת Journal of Geophysical Research.