Рождение молний

До недавнего времени ученые не могли ответить на вопрос, что именно в природе вызывает грозовые разряды в облаках. В конце концов международная группа специалистов решила понаблюдать за процессом в радиотелескоп и выяснить, каким образом рождаются молнии. Подробности исследования были опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.

Что такое молния, мы обычно узнаем еще в детстве. В общих чертах это электрический искровой разряд, который происходит в атмосфере во время грозы. Визуально он проявляется как яркая световая вспышка и чаще всего сопровождается громом. Молнии встречаются не только на Земле, это явление было зафиксировано на Венере, Юпитере, Сатурне, Уране и других планетах. На Земле сила тока при разряде молнии варьируется от 10 до 500 тысяч ампер, напряжение – от десятков миллионов до миллиарда вольт.

В древности люди связывали появление молний с деятельностью богов. Например, у древних греков молниями повелевал Зевс-громовержец, а у славян-язычников – Перун. Если кого-то из людей поражало молнией, это считалось карой Божьей. У многих народов существовали обряды и ритуалы для защиты от молний. По мере развития цивилизации и научных знаний были выявлены определенные закономерности в «поведении» молний. Так, выяснилось, что чаще всего молния ударяет в высокие отдельно стоящие объекты. Нередко это были кресты на куполах церквей и храмов, стоявших обычно на возвышенностях. В Средневековье молнии не раз становились причиной пожаров, причем горели часто высокие деревянные постройки. Отсюда пошло правило – не строить здания выше местного храма.

В XVII-XVIII столетиях впервые была выдвинута гипотеза о связи молний с электричеством. К тому времени оно уже активно изучалось. Электрическая природа молнии была подтверждена американским физиком Бенджа­ми­ном Франклином, который в 1750 году опубликовал работу, в которой описал опыт по извлечению электричества из грозового облака с использованием воздушного змея, запущенного в грозу.

Отмечено, что чаще всего молния возникает в так называемых кучево-дождевых облаках. Также порой она формируется в слоисто-дождевых облаках. Зафиксированы случаи возникновения молний в процессе вулканических извержений, торнадо и пылевых бурь. Наиболее распространенный вариант – это линейные молнии, относящиеся к так называемым безэлектродным разрядам, поскольку весь процесс их «жизни» проходит в скоплениях заряженных частиц.

Каков же этот процесс? На первом этапе электрическое поле достигает критических значений. Под его действием свободные заряды с огромной скоростью мчатся к земле, по пути сталкиваясь с молекулами воздуха и ионизуя их.

Установлено, что молнии наиболее опасны в зонах, где есть деревья, трансформаторные будки, линии электропередачи, так как, угодив в такой объект, они могут вызвать возгорание. Также молния любит ударять в телевизионные и радиоантенны на крышах высотных зданий и сетевое оборудование. Поэтому в таких местах по возможности устанавливают громоотводы. Мощность грозового разряда может быть такой, что ударная волна способна сокрушать объекты вокруг эпицентра, в том числе ломать деревья и наносить травмы живым существам, даже не поражая их электрическим током. Прятаться от молнии лучше всего внутри зданий, но так называемая шаровая молния, по многочисленным свидетельствам, способна проникать через щели и окна в закрытые пространства и наносить вред людям. Известны случаи и попаданий молний в самолеты на большой высоте, а также во время стоянок и посадок. Неоднократно это приводило к авиа­катастрофам.

Наглядно изучить процесс образования молний затруднительно, так как грозовые облака не являются прозрачными. То есть за ними попросту ничего не видно. Между тем в последнее время появились ракеты и метеозонды, которые позволяют «рассмотреть» то, что находится внутри облаков. К сожалению, само присутствие техники в этом пространстве приводит к искажению данных. Так, из-за этого появляются искры, которые не должны были возникнуть естественным путем. Поэтому решено было обратиться к радиоастрономическим инструментам.

Физики воспользовались низкочастотной решеткой LOFAR, составленной из тысяч небольших радиотелескопов, которую разработали инженеры из Нидерландов. Изначально она предназначалась для изучения дальних галактик и взрывающихся звезд. А почему бы не применить эту же технологию для «слежки» за молниями, подумали исследователи?

На полученных кадрах видно, что перед появлением молнии возникают миллионы случайных радиоимпульсов, правда, почти все они локализуются в небольшой области площадью 70 квадратных метров, скрытой глубоко внутри облака.

Ранее была популярна теория о том, что разряды молний могут быть вызваны частицами космических излучений, сталкивающимися с электронами, находящимися внутри облака. Мол, это приводит к электронным вспышкам и активизирует электрические поля. Но есть и другая теория, утверждающая, что изначальной причиной формирования молний являются скопления кристаллов льда внутри облака. Между этими кристаллами происходят турбулентные столкновения, что приводит к высвобождению части электронов. В результате один из концов такого кристалла приобретает положительный заряд, а другой – отрицательный. Дорожки ионизированного воздуха порождают стримеры, и по крайней мере один из них обладает достаточными проводящими свойствами, чтобы стать каналом, по которому пройдет разряд молнии.

По мнению авторов исследования, эта гипотеза более верна, чем предыдущая, и косвенным ее подтверждением является тот факт, что активность молний на планете снизилась более чем на 10% в первые месяцы пандемии COVID-19. Был объявлен всеобщий карантин, большинство людей находились на изоляции, и в атмосфере упало количество загрязняющих веществ. Как следствие, сократилось число участков, где могли бы зародиться кристаллы льда.

Лада КОВАЛЕНКО