Tyrėjai JAV pristatė naują konvekcinę debesų kamerą, kuri, jų manymu, gali padėti pagaliau įminti kai kurias labiausiai užsispyrusias atmosferos mokslo mįsles.
„Brookhaven National Laboratory“ (BNL) mokslininkų ir inžinierių sukurta kamera, pavadinta „debesimi dėžėje“, yra pritaikoma maždaug vieno kubinio metro (apie 35 kubinių pėdų) talpos konstrukcija. Jos vidus išklotas tiksliai valdomomis šildymo ir vėsinimo plokštėmis, leidžiančiomis sudaryti ir tirti debesis itin kontroliuojamomis sąlygomis. Pirmojo bandymo metu laboratorijoje komanda reguliavo kameros temperatūrą ir drėgmę taip, kad prasidėtų konvekciniai procesai.
Vėliau į kamerą buvo sušvirkšta aerozolio dalelių, pavyzdžiui, druskos, kurios skatina debesų susidarymą. Per visą tūrį buvo paleistas plonas žalios lazerio šviesos lapas, leidžiantis stebėti debesies formavimąsi.
„Mes pamatėme, kaip gimsta debesis“, – pasakojo atmosferos chemikas, daktaras Arthuras Sedlacekas iš „Brookhaven National Laboratory“. – „Tai buvo daug džiaugsmo, jaudulio ir, tiesą sakant, palengvėjimo akimirka. Savaime suprantama, po to tikrai nebuvome tylūs.“
Debesų formavimosi stebėjimas
Debesys atlieka esminį vaidmenį reguliuojant Žemės klimatą ir orus. Jie kontroliuoja, kiek Saulės energijos pasiekia Žemės paviršių ir kiek jos vėl išspinduliuojama atgal į kosmosą. Be to, debesys yra svarbi vandens ciklo grandis ir audrų formavimosi veiksnys.
Tačiau jų mikroprocesai vis dar išlieka viena didžiausių neaiklausybių orų ir klimato modeliuose. „Pavyzdžiui, vienas iš seniai neišspręstų klausimų mūsų bendruomenėje – kaip šiltuose debesyse susidaro dulksna ar lietaus lašai“, – aiškino Sedlacekas. – „Kodėl vieni debesys duoda kritulių, o kiti – ne?“
Naujoji kamera leis komandai rinkti itin gausius duomenis kontroliuojamomis sąlygomis. Sistema formuoja debesis maišydama iš šildomo vandens pagrindo kylantį šiltą, drėgną orą su nuo atvėsintos viršutinės plokštės leidžiamu šaltu, taip pat drėgnu oru.
Taip sukuriama supersotinta aplinka, reikalinga lašelių formavimuisi. Tuo pat metu į kamerą pridedama aerozolio dalelių, kurios veikia kaip debesų užuomazgos. Vandens garai kondensuojasi ant šių dalelių, susidaro lašeliai, kurie toliau auga dėl papildomos kondensacijos ir tarpusavio susidūrimų.
„Debesų susidarymui būtina, kad santykinė oro drėgmė viršytų 100 procentų – tokią būseną vadiname supersotacija“, – teigė Sedlacekas. – „Kameros viduje ši supersotinta aplinka pasiekiama maišant šiltą drėgną orą su šaltu drėgnu oru.“
Audrų supratimas
Atmosferos mokslininkės, daktarės Fan Yang iš „Brookhaven National Laboratory“ teigimu, vienas pagrindinių šios kameros privalumų – galimybė išlaikyti turbolentinį debesį pastovios būsenos ištisas valandas. „Tai leis daug kartų kartoti debeso savybių matavimus ir taip ženkliai padidinti statistinį patikimumą“, – aiškino Yang.
Kameros struktūra sudaryta iš atskirų šildymo ir vėsinimo šoninių plokščių. Jas galima perkonfigūruoti, todėl tyrėjai gali formuoti skirtingas vidinio oro srauto struktūras ir imituoti sąlygas, būdingas įvairiems atmosferos sluoksniams.
Tuo pat metu komanda kuria neardomąsias vaizdinimo technologijas. „Norime užfiksuoti momentą, kai aerozoliai virsta debesų lašeliais ir galiausiai – dulksna, neįkišdami jokių prietaisų į kamerą, kad nesutriktų oro srautas“, – sakė Sedlacekas. – „Šiam tikslui pasiekti naudosime šviesą.“
Komanda planuoja naudoti fluorescuojančius dažus aerozolio dalelėms „pažymėti“ ir stebėti jų virtimą debesų lašeliais lazerio šviesoje. Centimetrinio mastelio lidaras žemėlapiuos debesies struktūrą, o kuriama nauja terahercų (THz) juostos radarų sistema leis aptikti pačias ankstyviausias dulksnos susidarymo fazes ir matuoti, kokiu greičiu krenta lašeliai.
Dėl modulinio kameros dizaino ją galima vertikaliai išplėsti, taip sukuriant didesnį tūrį ilgiau išsilaikantiems debesims ir sudėtingesniems lietaus formavimosi tyrimams. Potencialios taikymo sritys apima orų poveikio energijos ir ryšių infrastruktūrai vertinimą bei bioaerozolių – pavyzdžiui, žiedadulkių ar patogenų – pernašos stebėjimą.
„Aplinką, kurią sukuriame šioje kameroje, galima panaudoti ir kitoms sritims“, – apibendrino Sedlacekas. – „Laukia daug netradicinių idėjų, kurias gali įkvėpti ši nauja, „Brookhaven“ laboratorijoje atsiradusi galimybė.“
