Quando Benjamin Franklin amarrou a chave de uma pipa e a jogou em uma tempestade elétrica, ele rapidamente se tornou um aparelho conectado ao gerador de energia mais forte da Terra.
Franklin sabia, como a maioria das pessoas, que tempestades são incrivelmente poderosas. Pesquisadores tentaram estimar com precisão como poderosos por mais de um século, mas sempre são insuficientes - até os sensores aéreos mais sofisticados são inadequados porque as nuvens de trovoada são grandes demais e imprevisíveis de medir.
Agora, em um artigo publicado em 15 de março na revista Physical Review Letters, pesquisadores de Ooty, Índia, apresentaram uma nova resposta chocante - graças a uma pequena ajuda de alguns raios cósmicos.
Usando uma série de sensores projetados para medir campos elétricos e a intensidade dos múons - partículas pesadas que constantemente chovem da atmosfera superior da Terra, decaindo ao passar pela matéria - a equipe mediu a tensão de uma grande nuvem de tempestade que rolou sobre Ooty por 18 minutos em 1º de dezembro de 2014. Os pesquisadores descobriram que, em média, a nuvem estava carregada com cerca de 1,3 gigavolts de eletricidade, que é 1,3 vezes 10 ^ 9 volts - aproximadamente 10 milhões de vezes mais voltagem do que a fornecida por uma tomada típica em América do Norte.
"Isso explica por que as nuvens de trovoada são tão destrutivas", disse o co-autor Sunil Gupta, pesquisador de raios cósmicos do Instituto Tata de Pesquisa Fundamental da Índia, à Live Science. "Se você dissipar essa quantidade massiva de energia por qualquer coisa, isso causará uma devastação grave".
Está chovendo múons
Gupta e seus colegas estudam principalmente os múons - partículas semelhantes a elétrons que são criadas quando os raios cósmicos se fundem em vários átomos na atmosfera da Terra. Essas partículas têm cerca de metade da rotação dos elétrons, mas 200 vezes o peso, e são muito boas em penetrar na matéria. Um múon que chove da atmosfera pode viajar profundamente no oceano ou a quilômetros de profundidade em apenas uma fração de segundo, desde que tenha energia suficiente.
Os múons perdem sua energia quando algo entra em seu caminho - digamos, uma pirâmide, por exemplo. No início de 2018, os cientistas descobriram duas câmaras anteriormente desconhecidas dentro da Grande Pirâmide de Gizé, instalando detectores de múon em torno da estrutura e medindo onde as partículas perdiam (e não perdiam) energia. Os múons que passam pelas paredes de pedra da pirâmide perdem mais energia do que os múons que passam pelas grandes câmaras vazias. Os resultados permitiram aos pesquisadores criar um novo mapa do interior da pirâmide sem colocar os pés dentro dela.
Gupta e seus colegas usaram um método semelhante para mapear a energia dentro da nuvem de trovoada de Ooty. Em vez de lutar com pedra, no entanto, os múons que caem através da nuvem enfrentam um campo elétrico turbulento.
"Tempestades têm uma camada carregada positivamente na parte superior e uma camada carregada negativamente na parte inferior", disse Gupta. "Se um múon carregado positivamente atingir a nuvem quando chover da atmosfera superior, ele será repelido e perderá energia".
Usando uma série de sensores de detecção de múons e quatro monitores de campo elétrico espalhados por vários quilômetros, os pesquisadores mediram a queda média de energia entre os múons que passavam pela nuvem de trovoada e os que não passavam por ela. A partir dessa perda de energia, a equipe conseguiu calcular quanto potencial elétrico as partículas haviam passado na nuvem de trovão.
Foi massivo.
"Os cientistas estimaram que nuvens de trovoada poderiam ter potencial de gigavolt na década de 1920", disse Gupta, "mas isso nunca foi comprovado - até agora".
Mapeando o trovão
Uma vez que os pesquisadores conheciam o potencial elétrico da nuvem, eles queriam dar um passo adiante e medir com precisão a quantidade de energia que a nuvem de tempestade carregava enquanto rugia sobre Ooty.
Usando os dados de seus monitores de campo elétrico amplamente dispersos, a equipe preencheu alguns detalhes importantes sobre a nuvem - que está viajando a aproximadamente 60 km / h a uma altitude de 11,4 quilômetros acima do nível do mar, tinha uma área estimada em 380 milhas quadradas (380 quilômetros quadrados, uma área com cerca de seis vezes o tamanho de Manhattan) e atingiu seu potencial elétrico máximo apenas 6 minutos depois de aparecer.
Armado com esse conhecimento, os pesquisadores finalmente conseguiram calcular que a tempestade carregava cerca de 2 gigawatts de energia, tornando essa nuvem única mais poderosa do que as usinas nucleares mais poderosas do mundo, disse Gupta.
"A quantidade de energia armazenada aqui é suficiente para suprir todas as necessidades de energia de uma cidade como Nova York por 26 minutos", disse Gupta. "E se você poderia aproveitá-lo. "
Com a tecnologia atual, essa é uma perspectiva improvável, observou Gupta: a quantidade de energia dissipada por uma tempestade é tão alta que provavelmente derreteria qualquer condutor.
Ainda assim, o potencial violentamente poderoso das tempestades pode ajudar a resolver um mistério cósmico que cientistas como Gupta e seus colegas perguntam há décadas: por que os satélites às vezes detectam raios gama de alta energia que explodem na atmosfera da Terra, quando deveriam chover do espaço? ?
De acordo com Gupta, se as tempestades podem realmente criar um potencial elétrico maior que um gigavolt, elas também podem acelerar elétrons com rapidez suficiente para separar outros átomos da atmosfera, produzindo flashes de raios gama.
Essa explicação exige mais pesquisas para verificar sua precisão, disse Gupta. Enquanto isso, não deixe de se maravilhar com a próxima nuvem de trovoada que você vê, pois é uma força insondável da natureza - e, por favor, pense duas vezes antes de empinar uma pipa.
