دانشمندان با بررسی هزاران رعد و برق دریافتند که پرتوهای کیهانی نقش اصلی را در شروع و ایجاد رعد و برق ایفا می‌کنند.

براساس مطالعات انجام شده توسط دانشمندان روسی، پرتوهای کیهانی که با قطره‌های آب موجود در ابرها برهم‌کنش دارند، نقش مهمی را در فرایند ایجاد رعد و برق ایفا می‌کنند.

هرچند همه ما تا به امروز شاهد وقوع رعد و برق‌های زیادی بوده‌ایم، اما دانشمندان هنوز به درستی علت شروع این تخلیه الکتریکی را نمی‌دانند. اگرچه مطالعه بر روی رعد و برق به صدها سال پیش برمی‌گردد، و با وجود اینکه حدود 40 رعد و برق در هر ثانیه در سرتاسر زمین اتفاق می‌افتد، اما هنوز پیش‌بینی درست شروع یک رعد و برق کار بسیار مشکلی است.

رعد و برق‌ها به سه دسته تقسیم می‌شوند: رعد و برق‌هایی که درون ابرها اتفاق می‌افتد؛ رعد و برق‌هایی که بین ابرها اتفاق می‌افتد و رعد و برق‌هایی که بین زمین و ابر اتفاق می‌افتد. در مورد رعد و برقی که بین زمین و ابر اتفاق می‌افتد، دانشمندان می‌دانند که کانال پلاسماییِ رسانایی بین ابر و زمین ایجاد می‌شود که باعث وقوع تخلیه الکتریکی می‌شود. اگرچه، عواملی که باعث باردار شدن اولیه ابرها و در ادامه آن تخلیه الکتریکی می‌شود به وضوح مشخص نیست.

پرتو کیهانی شروع کننده است

در حال حاضر، الکساندر گورویچ (Aleksandr Gurevich)از موسسه فیزیک لبدوف در مسکو و آناتولی کاراشتین (Anatoly Karashtin) از موسسه تحقیقاتی رادیو فیزیکی در Nizhny Novgorod مدلی جدیدی را پیشنهاد داده‌اند که شامل فاکتورهای اساسی‌ای است که روند ایجاد صاعقه را توضیح می‌دهد: رفتار ذرات آب یا یخ درون ابرها و رگبارهایی از الکترون‌های یونیده شده که احتمالا توسط پرتوهای کیهانی ایجاد شده‌اند.

این نظریه که پرتوهای کیهانی باعث ایجاد بارش‌های یونیده‌ شده و در ادامه شروع رعد و برق را سبب می‌شود، اولین بار بیش از 20 سال پیش توسط گورویچ مطرح شد. در این موضوع که runaway breakdown نام دارد، گورویچ پیشنهاد کرد که ذرات یونیده شده، الکترون‌های آزادی را درون ابرهای صاعقه‌دار ایجاد می‌کنند که این الکترون‌ها پس از آن توسط میدان الکتریکی بسیار قوی که در ابر وجود دارد شتاب می‌گیرند. این الکترون‌ها با دیگر اتم‌های موجود در هوا برخورد می‌کنند تا بهمنی از ذرات پر انرژی را در ابر به وجود آورند و این پدیده در واقع بذر شروع رعد و برق را می‌کارد. هر چند این نظریه به طور گسترده‌ای مورد بحث قرار گرفت، اما گورویچ قادر نبود اثبات کند که چرا پرتوهای کیهانی باعث ایجاد چنین بهمنی می‌شوند.

گورویچ و کاراشتین برای به دست آوردن شواهد بیشتر، در حال حاضر با استفاده از یک تداخل‌سنج رادیویی، امواج رادیویی گسیل شده در 3800 صاعقه را در سرتاسر روسیه و قزاقستان تحلیل کرده اند. تعداد بسیار زیادی از این پالس‌های کوتاه اما قوی، درست قبل از اینکه رعد و برق اتفاق بیفتد گسیل می‌شوند و به گفته محققان، داده‌های به دست آمده از پالس‌ها با مدل شکست الکتریکی گورویچ تطابق دارد.

محققان همچنین دریافتند که دامنه یک پالس با تعداد الکترون‌های ثانویه و نیز با انرژی پرتو کیهانی اولیه که بارش را ایجاد می‌کند، متناسب است. به نوشته تارنمای انجمن فیزیک، گورویچ و کاراشتین، انرژی این پرتوهای کیهانی را در حدود 1017 الکترون ولت محاسبه کردند – توصیف وجود چنین پرتوهای کیهانی با این مقدار انرژی کار بسیار دشواری است.

دانشمندان در توضیح درباره مشاهده چنین پرتوهای پرانرژی بیان کردند که چگالی‌سنج‌هایی که آنها استفاده کرده‌اند، زمانی‌که میدان الکتریکی قوی درون ابر ایجاد می‌شود از نظر الکتریکی پلاریزه شده و زمانی که میدان به حد آستانه خود می‌رسد یک "تخلیه میکرو" در آن رخ می‌دهد که در نتیجه شکست اولیه پرتوهای کیهانی را به طور موثری تقویت می‌کند. زمانی‌که این موضوع مورد بررسی قرار گرفت، دانشمندان دریافتند که بیشتر ذرات پرتوکیهانی با انرژی در حدود 1012-1013 الکترون ولت برای شروع این تخلیه الکتریکی کافی هستند.

جوزف دویر (Josepf Dwyer) فیزیکدان و متخصص در زمینه رعد و برق از موسسه فن‌آوری فلوریدا که در پروژه اخیر شرکت نداشت، می‌گوید «مدل جدید ایده جالبی است، اما کارهای بیشتر باید انجام شود، برای مثال آزمایش‌هایی برای اندازه‌گیری پالس‌های رادیویی و رگبارهای هوایی در همان زمان».