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Des chercheurs du laboratoire national de Los Alamos ont trouvé des preuves liant l’initiation de la foudre dans les orages aux averses de rayons cosmiques, ce qui pourrait être la clé pour résoudre le mystère de ce qui cause le déclenchement de la foudre dans les orages.
La façon dont la foudre commence dans les orages est quelque chose qui est resté un mystère pendant des siècles, mais des chercheurs du laboratoire national de Los Alamos au Nouveau-Mexique ont trouvé des preuves reliant la foudre aux pluies de rayons cosmiques (CRS).
Pour étudier les premiers instants de la formation de la foudre, Shao et ses collègues ont construit un interféromètre radio nommé « BIMAP-3D ». Composé d’un réseau de 8 antennes à Los Alamos, BIMAP-3D peut faire des images tridimensionnelles de la foudre et localiser les éclairs à l’intérieur des nuages d’orage.
L’étude s’est concentrée sur le stade initial de la foudre, connu sous le nom de décharge rapide positive (+FD). Des observations antérieures avaient indiqué que la foudre commence généralement par cette décharge rapide et chargée positivement, mais les mécanismes sous-jacents restaient flous.
Cependant, les chercheurs ont observé que cette +FD était fréquemment suivie d’une décharge négative (-FD) encore plus rapide et étendue, qui se propageait de manière intrigante au-delà du point d’origine initial.
Après avoir analysé les données de polarisation, les chercheurs ont constaté que les signaux de polarisation, indiquant l’orientation du courant de décharge, étaient systématiquement inclinés et tournés, contredisant les théories existantes qui prévoyaient que la polarisation s’alignerait directement avec les trajectoires de la foudre et les champs électriques locaux.
Cela a incité l’équipe à explorer la possibilité de facteurs externes qui pourraient affecter le début de la foudre. Ils ont découvert que les gerbes de rayons cosmiques, des particules de haute énergie pénétrant continuellement dans l’atmosphère terrestre depuis l’espace, créent des voies pré-ionisées dans les nuages d’orage.
« Nous pensons que la plupart des éclairs dans les orages sont déclenchés par des averses de rayons cosmiques », a déclaré l’auteur principal Xuan-Min Shao, scientifique principal au Laboratoire national de Los Alamos au Nouveau-Mexique.
Les gerbes de rayons cosmiques contiennent à la fois de l’antimatière (positrons) et des électrons ordinaires. Les cartes de foudre 3D produites à Los Alamos ont montré des preuves solides de positrons.
Parce que les électrons et les positrons sont courbés dans des directions opposées par le champ magnétique terrestre, ils laissent des empreintes opposées sur la polarisation de la foudre, qui a également été mesurée par BIMAP-3D.
Ces voies pré-ionisées permettent et guident les décharges de foudre ultérieures, aidant à expliquer les orientations de polarisation inhabituelles et la propagation extrêmement rapide de la foudre.
Les positrons et les électrons de haute énergie de la pluie sont déviés par des champs électriques et géomagnétiques, ce qui entraîne des courants de décharge inclinés et une polarisation oblique correspondante.
Parce que les positrons et les électrons sont déviés différemment dans les champs électromagnétiques, ils influencent les deux décharges opposées de différentes manières, expliquant la rotation de polarisation observée entre eux.
Ce mécanisme peut également expliquer les cas où seule la décharge positive rapide se produit, ce qui explique l’initiation de la plupart des éclairs.
On ne sait toujours pas quelle quantité de la foudre terrestre est initiée par les rayons cosmiques. Il faut étudier davantage d’orages à l’aide de cette méthode pour améliorer la confiance statistique. « Cela nécessitera beaucoup de données à long terme et de bonne qualité sur la foudre », a déclaré Shao.
