ברקים מעולמות רחוקים

ברקים ממלאים תפקיד חשוב באקלים בכדור הארץ, ויש הטוענים שהם היו אחראים אפילו להיווצרות המולקולות האורגניות המוקדמות שמהן התפתחו החיים בעולמנו. אולם לכוכבי לכת רחוקים, הסובבים שמשות אחרות, יכולות להיות אטמוספרות שונות מאוד מזאת שאנו מכירים כאן. מחקר חדש מנסה לתאר את התנאים הדרושים ליצירת ברקים, ומעגלי חשמל עולמיים בכלל, גם במערכות שמש שונות ומשונות.

ברק הוא זרם חשמל עז שיוצא מענן לעבר נקודה על הקרקע או באטמוספרה. נכון להיום איננו מבינים לחלוטין את המנגנונים שיוצרים את השדה החשמלי בתוך הענן. מה שידוע הוא שרוחות פנימיות בתוך הענן דוחפות חלקיקי קרח ומים קטנים כלפי מעלה, וכשחלקיקים מתנגשים ביניהם הם עשויים בתנאים מסוימים להתגבש לחלקיק אחד. ככל שחלקיק גדל הוא נהיה כבד יותר, עד שהרוחות אינן יכולות לשאת יותר את משקלו והוא נופל לתחתית הענן. בנפילתו הוא עשוי למשוך אליו אלקטרון מחלקיק אחר שעדיין זורם מעלה. כך נוצר בתחתית הענן אזור עם מטען שלילי גבוה, שכן המטען החשמלי של אלקטרון הוא שלילי.

חלקיקים בעלי מטענים זהים דוחים זה את זה, ולכן המטען החשמלי השלילי בבסיס הענן דוחה אלקטרונים על פני הקרקע ומושך חלקיקים בעלי מטען חיובי. כך נוצר שדה חשמלי המשתרע על פני קילומטרים בין פני הקרקע לענן. כשהזרם הטעון חיובית מהאדמה פגש את הזרם השלילי מהענן נוצר ברק ומשתחררת אנרגיה רבה. הטמפרטורה של ברק יכולה להגיע ל-30 אלף מעלות צלזיוס – יותר מהטמפרטורה השוררת על פני השמש שלנו.

נוסף על ברקים, יש תופעות חשמליות אחרות באטמוספרה, למשל אלה שמכונות פיות ושדונים. כולן יחד יוצרות את המעגל החשמלי העולמי, שהוא התנועה המתמדת של חשמל באטמוספרה. המעגל משתרע מהקרקע ועד לשכבת היונוספרה, בגובה של מאות קילומטרים מעל פני הקרקע. בתווך, בגובה של כעשרה קילומטרים, נמצאים העננים.

אנרגיה עצומה. סופת ברקים מעל הים השחור | צילום: Svet_Feo, Shutterstock

מכדור הארץ לעולמות רחוקים

אנו יודעים היום על יותר מ-4,000 כוכבי לכת במערכות שמש אחרות, שמכונים אֶקְסוֹפְּלָנֶטוֹת. באמצעות סְפֶּקְטְרוֹמֶטְרִיָה – יחסי הגומלין בין אור לחומר – אנו יכולים לנתח את הרכב האטמוספרה שלהם, מכיוון שלכל אטום או מולקולה יש ספקטרום פליטת אור ובליעת אור ייחודי לו. כשאנו מודדים את אורכי הגלים המגיעים אלינו מכוכבים אחרים דרך האטמוספרה של כוכבי הלכת שלהם, אנו יכולים לפענח בעזרתם דרך אילו חומרים הם עברו, וכך להבין את הרכב האטמוספרה. הרכב האוויר והעננים משפיע מאוד כמובן על הפעילות החשמלית בכוכב הלכת. בכדור הארץ, למשל, המים ממלאים תפקיד מרכזי ביצירת השדה החשמלי שבענן.

האטמוספרות באקסופלנטות יכולות להיות שונות מאוד ממה שאנו מכירים במערכת השמש שלנו. בחלקן הטמפרטורות כה גבוהות עד שסלעים מתאדים לענני מינרלים, שכוללים חלקיקי סלע לצד גזים כמו מימן, הליום ומתאן. גם בעננים האלה מתרחשות התנגשויות בין חלקיקים בענן לגזים, אך הן איטיות מדי, ולכן לא מייצרות מטען חשמלי. עם זאת, התנגשויות בין חלקיקים בעננים לחלקיקים גדולים אחרים יכולות לספק מספיק אנרגיה ליצירת עננים טעונים חשמלית הדרושים ליצירת ברקים.

התפרצויות של פלזמה אדומה שצולמו מעל האלפים האיטלקים | צילום: Menno van der Haven, Shutterstock

לחפש מעגלי חשמל עולמיים

כריסטיאן הלינג (Helling) מאוניברסיטת סנט אנדרוז בסקוטלנד מנסה במאמר חדש לבחון מה דרוש כדי שבכוכב לכת רחוק יהיה קיים מעגל חשמלי עולמי. לשם כך היא בוחנת את תפוצת העננים באטמוספרות: אם הרקיע כולו מכוסה עננים, ברקים יוכלו להיווצר בקלות, אך לא תהיה מערכת חשמלית עולמית. עם זאת יוכלו להתקיים מעגלי חשמל מקומיים. כך קורה למשל בענקי גז הרחוקים מהכוכב שלהם.

כשהשמיים מכוסים בעננים באופן חלקי בלבד, כמו בכדור הארץ, היווצרות מעגל חשמלי עולמי תלויה בהרכב האטמוספרה. אם הוא שונה מהותית מכדור הארץ, לא ברור אם מעגל כזה יכול להתקיים. חלק ניכר מהפעילות החשמלית בכדור הארץ היא תנועה מאזורים מעוננים לאזורים נטולי עננים, אך נכון להיום הטכנולוגיה שלנו אינה טובה מספיק כדי לזהות אזורים נטולי עננים באקסופלנטות.

עוד אפשרות היא כוכבי לכת המחולקים לאזורים גדולים שבחלקם יכולים להיווצר עננים ובחלקם לא. זה מה שקורה בצדקים חמים, כלומר ענקי גז הסובבים קרוב מאוד לשמש שלהם, ומפנים אליה תמיד את אותו צד. בגלל קרבתם לכוכב, הטמפרטורה בצד המואר מגיעה לאלפי מעלות, ועננים לא נוצרים. בצד האפל, לעומת זאת, יכולים להיווצר עננים וכך נוצר מעגל חשמלי עולמי בין שני צידי כוכב הלכת.

הבנת המעגל החשמלי הגלובלי באקסופלנטות יכולה ללמד אותנו על הסביבה שלהם, על השינויים הכימיים ותנאי מזג האוויר השוררים בהם. יש הטוענים שברקים היו הניצוץ שהחל את החיים בכדור הארץ. אך בריאיון לאתר פורבס ציינה הלינג כי "חשיבות הברקים למציאת חיים רלוונטית רק אם נכיר היטב את כוכב הלכת ואת ההרכב הכימי שלו".

נקודה מעניינת נוספת היא שאנו יכולים לקלוט שדרים הנפלטים מברקים. ברקים משחררים לחלל גלי רדיו שאנו יכולים לקלוט – למשל אלה שנקלטו לפני כמה שנים מכוכב הלכת הרחוק HAT-P-11b.