Как появляется молния: причины и интересные факты

• 27 Июля, 2018
• Советы туристу
• Р.И.М.

Молния – мощнейший электрический разряд, который может происходить внутри облаков, между соседними облаками или между облаком и землей. А как появляется молния и почему? Разряду молнии всегда предшествует образование разности электропотенциалов между облаками или между облаком и землей.

Электризация облаков

Разряды молний могут возникать внутри облака, между соседними электризованными облаками или же между наэлектризованным облаком и землей. Сам процесс электризации всем хорошо знаком. К примеру, если взять пластиковую расческу и расчесать ею сухие волосы, то они начнут к ней притягиваться, может возникать искра. После этого к расческе могут притягиваться другие предметы, такие как перья, мелкие кусочки бумаги. Это явление называется электризацией трением. А как появляется молния, ведь тучи не трутся друг об друга?

Грозовое облако представляет собой огромное количество пара, частично сконденсированного в виде мелких капелек воды или льдинок. Верхняя часть пара может находиться очень высоко – до семи километров от уровня земли, а нижняя – на высоте около 500 метров. Примерно на высоте три и более километров облако содержит льдинки: температура на этой высоте в облаках ниже нуля. Сами льдинки находятся в постоянном движении, возникающими из-за восходящих потоков теплого воздуха. Мелкие льдинки легкие и теплыми потоками воздуха возвышаются вверх. Во время движения вверх они постоянно сталкиваются с крупными льдинками. Каждое столкновение приводит к электризации. При этом крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие – положительно. Постепенно мелкие льдинки заполоняют всю верхнюю часть облака, а внизу остаются только тяжелые элементы, заряженные отрицательно.

Сила неба

Когда противоположно заряженные частицы приближаются близко друг к другу, возникает светящийся канал, по которому проходят другие заряженные частицы. Так появляется молния. Как только возникает подобное свечение, то стоит быть очень осторожным, так как напряженность разряда огромна – около миллиона в/м, а энергии в такой молнии содержится до миллиарда джоулей.

В самом канале температура достигает 10 000 К, из-за чего и возникает яркий свет, который видно с земли. По этим каналам облака разряжаются, позволяя увидеть красивое свечение в виде молний. Раскаленная среда расширяется, вызывая ударную волну, т. е. гром.

Опыт

Зная, как появляется молния, можно самостоятельно сделать мини-молнию. Опыт проводится в темном помещении, в противном случае ничего не будет видно. Понадобится два овальных воздушных шарика. Их следует надуть и завязать. Шарики натираются шерстяной тканью. Во время этого процесса воздух, находящийся внутри шаров, начинает электризоваться.

Затем шарики устанавливают друг напротив друга, оставляя между ними зазор. Остается только наблюдать, как по нему между шариками будут проскакивать молнии. Вместе с ними будет слышно слабое потрескивание – своего рода миниатюрный гром.

Вид молнии

Каждый видел, что свечение представляет собой не прямую линию, а ломаную. Из-за чего молния появляется в таком виде? Процессу образования подобной ломаной способствует форма проводящего канала, представленная в виде ступенек. Каждая из подобных ступенек – это место, где движущиеся молекулы останавливаются из-за столкновения с воздухом и изменяют направление.

Молния – конденсатор, диэлектриком которого является воздух, а обкладки – земля и облака. Емкость подобного конденсатора мала, но зато напряжение в нем колоссальное и может достигать миллионов вольт. Причем во время свечения то, что мы видим с земли, – это не одна молния, а несколько разрядов, каждый из которых длится миллионные доли секунды.

Облако – дом для молнии

Откуда появляется молния, из каких облаков? Чаще всего это явление наблюдается в кучево-дождевых облаках. Однако подобное свечение наблюдается при торнадо, пылевых бурях, извержениях вулканов. Каждый вид имеет свои особенности, но то, как возникает молния, остается неизменным – всему виной трение.

Направление разряда

По направлению разряда молнии делят на следующие виды:

• молнии, возникающие между землей и грозовым облаком;
• молнии, сформированные между двумя облаками;
• внутренние разряды, происходящие внутри облаков;
• молнии, уходящие из облака в чистое небо.

Примерно 85 % всех разрядов происходит между грозовыми облаками как снаружи, так и внутри. Однако самая большая мощность у тех молний, который возникают между землей и небом. Каждый раз, как появляется молния и гром, видно красивый, разветвленный рисунок, реже разряд представлен линейным столбом. Самая редкая и необычная форма, которую пока еще не изучили, – шар (шаровые молнии).

Интересные факты

Загадочная природа возникновения молний не дает покоя ученым. И не зря.

1. Во время вспышки вырабатывается ток силой до 100 000 А.
2. Молния имеет высокое напряжение – свыше миллиарда вольт.
3. Во время разряда воздух разогревается до тридцати тысяч градусов, что в пять раз выше, чем на поверхности Солнца.
4. Молния имеет огромную скорость. От неба до земли разряд доходит всего за 0,002 секунды со скоростью 1 млн м/с.
5. Свечение проходит по очень узкому каналу: там, где проходит ток, канал толщиной всего в один сантиметр, а снаружи – 1 метр.

По оценкам ученых, вероятность быть убитым молнией не так уж и высока – примерно 1 шанс на 2 000 000: такие же шансы умереть, упав с кровати. А вот шансы увидеть шаровую молнию хотя бы раз в жизни намного меньше – примерно 1 из 10 тысяч.

Молнии очень длинные – несколько сотен километров. Если видны сначала разряды, а потом слышен гром, то молнии возникают в небе очень далеко, хотя возникновение разряда и сопровождается громом. Задержка звука происходит из-за того, что свет долетает быстрее, чем звук. Узнать более подробно о молнии, можно из видео, представленного в статье.

Молнии бывают не только на нашей планете. Также это явление наблюдается на других планетах: на Марсе, Венере и не только. Вспышки появляются неожиданно, длятся доли секунды и состоят из нескольких разрядов.

Несмотря на свою мощь и силу, самыми опасными считаются те молнии, которые возникают в облаках и не касаются земли. Также опасны шаровые молнии. О них мало что известно, но говорят, что рядом с ними нельзя двигаться, так как эти виды вспышек любят «погулять». Они могут даже в дом залететь, если будут открыты окна и двери во время грозы.

Самое красивое явление – это Огни Святого Эльма. Так называется свечение, возникающее после грозы на остроконечных фонарях, мачтах кораблей, зданиях.

Похожие статьи

Советы туристу

Куда сходить в Хельсинки: интересные места и достопримечательности

Советы туристу

Где лучше отдыхать в Тунисе с детьми?

Советы туристу

Где разрешено многоженство: страны, официальное разрешение, реальность и виды многоженства

Советы туристу

Что делать в Питере в дождь? Интересный отдых в плохую погоду в Санкт-Петербурге

Советы туристу

Где в Москве отметить день рождения: варианты для взрослых и детей.

Скидка в день рождения в ресторанах Москвы

Советы туристу

Куда сходить в Гомеле: достопримечательности и интересные места, описание, фото и отзывы

Откуда берутся шаровые молнии и опасны ли они

21 августа 2021ЛикбезЖизнь

Эту тайну пытался разгадать ещё Михаил Ломоносов.

Поделиться

0

Что такое шаровая молния

Это крайне редкое природное явление в виде летящей светящейся сферы, которую обычно связывают^{Ball lightning / Britannica с атмосферным электричеством. Реальная природа шаровых молний неизвестна. Чаще всего они появляютсяC. Nunez. Ball lightning: weird, mysterious, perplexing, and deadly / National Geographic в грозу, но иногда их видят и в спокойную погоду, причём как на улице, так и в помещениях.}

Диаметр светящихся шаров может быть от 4–5 сантиметров до нескольких метров, хотя обычно эти молнии не больше баскетбольного мяча. Цвет бывает разным: красным, оранжевым и жёлтым, синим, зелёным или белым. Нередко появление такого объекта сопровождается шипящим звуком и резким запахом серы.

По рассказам очевидцев, шаровые молнии способны двигаться независимо от силы и направления ветра, могут прожечь окно или даже стену и убить человека. Правда, чаще всего не наносят вреда: просто появляются на несколько секунд и исчезают бесшумно или со взрывом.

Одно из первых упоминаний о шаровой молнии относится^{J. B. Rowe. The Two Widecombe Tracts, 1638, giving a Contemporary Account of the great Storm, reprinted with an Introduction к 1638 году. Тогда очевидцы сообщили, что большой огненный шар почти разрушил одну из английских церквей, пробив стену. С тех пор накопилось немало свидетельств. Так, Михаил Ломоносов проводилМ. В. Ломоносов. Письмо к И. И. Шувалову от 26 июля 1753 года осмотр тела академика Георга Рихмана, погибшего от шаровой молнии.}

Однако, несмотря на весомое количество свидетельств, понять, откуда берутся шаровые молнии и что они собой представляют, у учёных пока не получается.

Как наука объясняет происхождение шаровых молний

Нам хорошо известно, как возникают обычные молнии. Это происходит^{C. Nunez. Ball lightning: weird, mysterious, perplexing, and deadly / National Geographic из‑за столкновения разных электрических зарядов в атмосфере. При их встрече возникает мощный разряд.}

А вот с шаровыми молниями такой определённости нет. Свои теории предлагают как заслуженные учёные, так и маргиналы от науки вроде псевдосинергетиков: всего насчитывается^{Белые пятна науки / Популярная механика более 400 гипотез. Так, одно из экстравагантных объяснений гласит, что шаровые молнии — это порождения иных миров. Разберём более реалистичные варианты.}

Плазма

Согласно одной из версий, шаровые молнии рождаются^{J. Abrahamson, J. Dinniss. Ball lightning caused by oxidation of nanoparticle networks from normal lightning strikes on soil / Nature в момент удара обычной молнии о землю. В результате часть элементов почвы испаряется с большой температурой. Вместе с ионизированным кислородом они образуют смесь, которая начинает отдавать тепло и превращается в плазменный пузырь.}

По другой похожей теории, после удара молнии о землю появляется^{H.-C. Wu. Relativistic‑microwave theory of ball lightning / Scientific Reports микроволновое излучение. Оно, в свою очередь, нагревает воздух, из‑за чего образуется плазма. Учёным даже удавалосьV. Dikhtyar, E. Jerby. Fireball Ejection from a Molten Hot Spot to Air by Localized Microwaves / Physical Review Letters генерировать таким способом огненные объекты экспериментально.}

А ещё электрические разряды могут приводить^{Y. H. Ohtsuki, H. Ofuruton. Plasma fireballs formed by microwave interference in air / Nature к появлению светящихся шаров, если атмосфера содержит такие газы, как пропан, этан или метан.}

Ионы воздуха на стёклах

Климатологи из США и Австралии считают ^{J. J. Lowke, D. Smith, K. E. Nelson et al. Birth of ball lightning / Journal of Geophysical Research: Atmospheres, что шаровые молнии могут вызывать атмосферные ионы, скапливающиеся на внутренней поверхности стёкол. Они создают электрическое поле, достаточное для возникновения разряда.}

Взаимодействие электромагнитных волн с атмосферой

Знаменитый советский физик, лауреат Нобелевской премии, Пётр Капица предположил^{П. Л. Капица. О природе шаровой молнии / Квант, что шаровые молнии провоцируются волнами электромагнитного излучения, которые возникают между облаками и землёй. Амплитуда этих колебаний может образовывать заряженный током сгусток воздуха — «пробой», или газовый разряд.}

Галлюцинации

Согласно исследованию^{J.Peer, A.Kendl. Transcranial stimulability of phosphenes by long lightning electromagnetic pulses / Physics Letters A австрийских физиков, появляющиеся в грозу электромагнитные поля способны воздействовать на организм человека. Например, на зрительную кору головного мозга. Тогда человек может наблюдать светящиеся и движущиеся диски и линии. При подобной стимуляции участники эксперимента видели белые, серые или ненасыщенные цветом всполохи. Исследователи считают, что до половины всех наблюдений шаровых молний — это электромагнитные галлюцинации.}

Тектонические эффекты

Известно, что редкие вспышки электричества, похожие на шаровые молнии, могут появляться^{C. Nunez. Earthquake lights, explained / National Geographic во время землетрясений.}

Почему природа шаровых молний всё ещё необъяснима

Несмотря на обилие гипотез, приблизиться к разгадке тайны шаровых молний пока не удаётся^{K. Than. Ball Lightning May Be All in Your Head / National Geographic. Эти явления слишком редки и недолговечны, поэтому единой теории не появилось, а практически у всех гипотез находятся проблемы.}

Например, шаровые молнии далеко не всегда появляются в местах скопления пропана, этана или метана, опыты с микроволновым излучением далеки от реальной жизни. А теория со стёклами не объясняет, как шаровые молнии появляются вне помещений.

В случае с галлюцинациями тоже не всё так гладко. Ведь очевидцы сообщают^{K. Than. Ball Lightning May Be All in Your Head / National Geographic не только о белых или серых шаровых молниях, но и о сферах разных цветов. Кроме того, некоторые наблюдатели видели молнии очень близко и могли описать их внутреннюю структуру, а также связанные с ними запахи и звуки. Всё это мало похоже на простые отдалённые вспышки и не объясняет, почему несколько человек могли видеть летящие в одном направлении шары.}

В 2012 году китайским учёным впервые удалось ^{J. Cen, P. Yuan, S. Xue. Observation of the Optical and Spectral Characteristics of Ball Lightning / Physical Review Letters запечатлеть шаровую молнию, преодолевшую путь около 10 метров, на спектрометр. Прибор показал, что сфера содержит кремний, железо и кальций — элементы из местной почвы. Следы этих же веществ были найденыА. В. Дьяков. Шаровые молнии, содержащие твёрдое или жидкое вещество / Природа во фрагментах, предположительно оставленных шаровой молнией.}

Это поддерживает теорию о плазменной природе явления, но для однозначных выводов ещё очень мало данных. Например, непонятно, как в таком случае шаровые молнии могут появляться внутри помещений.

Как не пострадать от шаровой молнии

Сегодня у нас слишком мало сведений, чтобы давать какие‑то определённые советы. По большому счёту можно опираться только на наблюдения очевидцев, а это весьма ненадёжные данные. Например, некоторые рекомендуют избегать металлических предметов, так как те якобы притягивают шаровые молнии.

Достоверно можно посоветовать лишь две вещи: стараться держаться подальше от шаровой молнии и не паниковать. Чаще всего это явление не наносит никакого урона, поэтому, заметив светящийся шар, лучше ничего не делать. И никогда не помешает оставаться дома в грозу. Ведь обычные молнии не менее, а, может быть, и более опасны.

Читайте также ⚡️👨‍🔬

• Неочевидная химия и физика: какие обыденные вещи могут быть опасны для жизни
• 8 загадок, которые наука пока объяснить не может
• «В наш самолёт 19 раз ударила молния». Интервью со стюардессой Светланой Демаковой
• Что такое статическое электричество
• 9 тайн мира, которые наука наконец раскрыла

Почему шаровая молния — самое загадочное природное явление: Статьи экологии ➕1, 15.07.2022

Каждый знает, как выглядит молния. Но иногда вместо привычных нам линейных разрядов атмосферного электричества в небе появляется огненный шар. Известно порядка 10 тыс. свидетельств об этом уникальном природном явлении, но многие считают его обманом зрения. Plus-one.ru разбирался, почему шаровые молнии остаются загадкой для науки и как ученые объясняют их возникновение.

Фото: NOAA / Unsplash

Это светящийся шар, который движется вместе с потоками воздуха, а также по направлению к электроприборам и металлическим предметам. Считается, что он, как и знакомая нам линейная молния, состоит из плазмы (газа, содержащего свободные ионы и электроны, являющиеся электрическими зарядами), но доказать это пока не удалось. Яркость этого природного явления сравнима с лампочкой 150 Вт, а диаметр бывает разным — от 4 см до нескольких метров. Согласно свидетельствам, сгусток плазмы способен устроить пожар, прожечь стену здания и даже убить человека. Но обычно он просто исчезает спустя несколько секунд, бесшумно или со взрывом.

Чаще всего шаровая молния образуется во время грозы, но около 20% наблюдений за ней происходило в солнечную погоду. Ученые из научных лабораторий Томска и Денвера (США) установили, что появление этого явления природы в ясный день вызывают потоки электромагнитных волн, сконцентрированные в разломах земной коры. Во время землетрясений они попадают в атмосферу и могут образовать светящиеся сферы. Иногда это происходит даже при незначительных колебаниях земной поверхности, которые невозможно заметить без специальных приборов.

В Москве и в Канаде были замечены прозрачные шаровые молнии, которые можно увидеть лишь в сумерках. Но чаще всего светящаяся сфера имеет белый, желтый, красный или оранжевый цвет. Бывают и исключения: синие, зеленые, фиолетовые, серые и черные сгустки энергии.

Фото: Pexels

Ученым, пытающимся разгадать тайну происхождения этого необъяснимого явления, не удалось прийти к общему мнению. Одни считают, что шаровая молния существует и у каждого есть шанс ее увидеть, а другие уверены, что это галлюцинация.

Никола Тесла — один из основателей современной электроэнергетики — стал первым ученым, попытавшимся воссоздать шаровую молнию в условиях лаборатории. Он не раскрыл детали своих экспериментов, а лишь сообщил, что провел электрический ток через вещество, находящееся в газообразном состоянии, а затем выключил напряжение. Результатом стали светящиеся сгустки энергии диаметром 2-6 см. По рассказам очевидцев, Тесла брал их в руки, складывал в коробку и вновь доставал. Этот факт сбивает с толку, ведь описанная сцена больше похожа на выступление фокусника.

В 2000 году в Петербургском институте ядерной физики (ПИЯФ) был создан прибор, способный воспроизвести подобие шаровой молнии. Правда, сгусток энергии бесследно исчез через 0,2-0,3 секунды, а его температура не превышала 50 °C.

Шаровая молния на гравюре XIX века

Фото: wikipedia.org

В начале XIX века французский астроном Франсуа Араго написал книгу, в которую вошли описания наблюдений за шаровыми молниями, предоставленные 30 очевидцами. А в 1970-х годах советский ученый Игорь Стаханов собрал более тысячи воспоминаний людей, видевших это природное явление.

Крайне ценны описания шаровых молний, свидетелями которых стали сразу несколько человек:

В 1638 году молния в форме шара разбила окна церкви в английской деревне Уидеком-ин-те-Мур. Двигаясь от стены к стене, она убила и ранила многих прихожан, а также нанесла повреждения зданию.

В 1809 году британский корабль «Уоррен Гастингс» попал в шторм. Во время грозы его атаковали три огненных шара, убившие двух людей, которые стояли на палубе. После произошедшего в воздухе пахло серой.

В 1944 году в Уппсале, городе на юге Швеции, светящаяся сфера насквозь прожгла окно здания. Свидетелями этого явления стали прохожие. Кроме того, атмосферное электричество зафиксировала система наблюдения, установленная Уппсальским университетом.

По свидетельствам очевидцев, яркие сгустки света могут появиться неожиданно, например вылететь из облаков. Известны случаи, когда это явление неоднократно возникало в одном месте. Например, по рассказам, на Чертовой поляне в Псковской области из-под земли периодически вылетает темный светящийся шар. Ученые пытались снять это редкое природное явление на видео, но датчики расплавились при перемещении огненной сферы по поляне.

Очевидцы неоднократно сообщали, что шаровая молния состоит из хаотично движущихся световых линий или точек. Также есть данные о том, что при ударе о твердую поверхность она рассыпается на искры или шарики. Остается неясным, какая сила удерживает эти элементы вместе, не позволяя им разъединяться во время полета.

Еще одна загадка — то, что, по сообщениям очевидцев, шаровая молния способна проникать в щели, а затем принимать изначальную форму. Также рассказывают о случаях попадания сгустка света в салон летящего самолета, герметичность которого не была нарушена. Ученые объясняют это тем, что основой этого природного явления является электромагнитный вихрь.

К удивлению ученых, люди, рядом с которыми пролетела шаровая молния, не почувствовали жара, хотя при взрыве сгусток энергии прожигал стены домов. Согласно одному из свидетельств, попав в бочонок с колодезной водой, он вскипятил ее, а затем просто исчез. Впрочем, член Российской академии наук Самвел Григорян уверен, что подобные истории — всего лишь мифы.

По словам доктора физико-математических наук Владимира Бычкова, в условиях лаборатории удавалось получить лишь небольшие светящиеся образования. Искусственные сгустки энергии исчезали спустя несколько секунд и не соответствовали описаниям многочисленных очевидцев. Несмотря на это, существуют сотни гипотез, объясняющих происхождение этого явления природы.

Автор одной из самых невероятных теорий — американский астронавт Джеффри Ширс Эшби. Он уверен, что молния в форме шара появляется при аннигиляции частиц антивещества. По словам Ширса, эти частицы летят из космоса по направлению к земле и, проходя через плотные слои атмосферы, превращаются в сгусток энергии. Доказать эту гипотезу пока не удалось, так как в космическом пространстве не были обнаружены частицы с такими свойствами.

Игорь Стаханов, автор книги «О физической природе шаровой молнии», назвал это явление сгустком ионов. Гипотеза Стаханова объясняет то, как светящаяся сфера проникает через щели, заново принимая прежнюю форму. Но создать шар из ионов ученым пока не удалось.

Химики Джон Абрахамсон и Джеймс Деннис из Новой Зеландии считают, что удар линейной молнии высвобождает из почвы химические элементы. Они испаряются, образуя раскаленный шар. Он медленно тает или взрывается, если температура повышается до рекордных значений. Эту гипотезу подтвердил профессор Цен Цзянь Юн — руководитель исследования, проведенного группой ученых из КНР. На его глазах молния ударила в землю, образовав огненный шар, который пролетел около 15 метров, меняя цвет с пурпурно-белого до ярко-красного, и бесследно исчез. Диаметр светящейся сферы был непривычно большим — около пяти метров.

Спектрометр успел определить, что молния содержит кремний, кальций, железо и другие элементы из почвы. Также Цен Цзянь Юн предположил, что аномально большие размеры шара связаны с близостью линии электропередач. Но многие ученые отказались признавать результаты исследования, посчитав его недостаточно убедительным.

Фото: iStock

Тайна шаровой молнии пока не раскрыта, но ясно одно: столкновения с ней нужно избегать. Если к вам приближается сгусток атмосферного электричества, нельзя бежать, махать руками или бросать в него предметы. Молния реагирует на потоки воздуха и может сменить направление. Лучше спокойно отойти в сторону, чтобы шар пролетел мимо, или замереть, если его траектория не представляет опасности. Если позволяет ситуация, уберите подальше металлические предметы и электронные устройства, в том числе смартфон. А чтобы избавиться от молнии, оказавшейся в помещении, нужно открыть окно и сразу отойти, позволив ей вылететь наружу вместе с нагретым воздухом.

Подписывайтесь на наш канал в Telegram

Автор

Вера Жихарева

Суровая погода 101: Типы молний

Типы молний

Большинство молний начинается во время грозы и проходит через облака. Затем он может остаться в облаке или продолжить путешествие по открытому воздуху и, в конечном итоге, упасть на землю. В облаке остается примерно в 5–10 раз больше вспышек, чем вспышек, достигающих земли, но отдельные штормы могут иметь большее или меньшее количество вспышек, достигающих земли. Молния может ударить там, где нет дождя, или даже до того, как дождь достигнет земли!

Распределение заряда в типичном грозовом облаке [+]

Распределение заряда в типичном грозовом облаке

Молния идет вверх или вниз? Вспышки могут поражать землю двумя способами: естественным образом вниз (те, которые возникают из-за обычной электризации в окружающей среде) и искусственно инициируемыми или запускаемыми вверх. Искусственно инициированная молния ассоциируется с такими вещами, как очень высокие сооружения, ракеты и башни. Инициированная молния начинается с «земли», что в данном случае может означать вершину башни, и распространяется вверх в облако, в то время как «естественная» молния начинается в облаке и распространяется на землю. Инициированная вверх молния обычно возникает в ответ на естественную вспышку молнии, но в редких случаях может быть «самопроизвольной» — обычно во время зимних гроз с сильным ветром. Молния также может быть вызвана полетом самолета через сильное электрическое поле. Если самолет находится ниже облака, это может привести к вспышке компьютерной графики.

В наиболее распространенном типе молний «облако-земля» (CG) канал отрицательного заряда, называемый ступенчатым лидером, будет зигзагообразно спускаться вниз примерно 50-ярдовыми сегментами в виде развилки. Этот ступенчатый лидер невидим для человеческого глаза и стреляет в землю за меньшее время, чем нужно моргнуть. По мере приближения к земле отрицательно заряженный ступенчатый лидер заставляет стримерные каналы положительного заряда подниматься вверх, обычно от более высоких объектов в этом районе, таких как дерево, дом или телефонный столб. Когда противоположно заряженные лидер и стример соединяются, начинает течь мощный электрический ток. Этот возвратный ток яркой светимости движется со скоростью около 60 000 миль в секунду обратно к облаку. Отрицательная вспышка CG состоит из одного или, возможно, целых 20 обратных ударов. Мы видим мерцание молнии, когда процесс быстро повторяется несколько раз по одному и тому же пути. Фактический диаметр канала тока молнии составляет от одного до двух дюймов, окруженный областью заряженных частиц.

Более распространенная вспышка «облако-земля» имеет отрицательный ступенчатый лидер, который движется вниз через облако, за которым следует восходящий возвратный удар. Чистый эффект этой вспышки заключается в снижении отрицательного заряда от облака до земли, поэтому его обычно называют отрицательным CG (или -CG). Реже, движение положительного лидера вниз, за ​​которым следует обратный ход вверх, снижает положительный заряд на землю, что называется положительным CG (или + CG). Вспышки +CG обычно имеют только один обратный ход, и они с большей вероятностью, чем -CG, имеют устойчивый ток. Некоторые штормы производят больше положительных, чем отрицательных ЦТ из-за распределения зарядов в штормах, но штормы с преобладанием + ЦТ встречаются не так часто. Штормы, которые производят в основном отрицательные ЦТ, как правило, производят ЦТ на более ранних этапах жизненного цикла шторма и производят значительно больше ЦТ, чем аналогичные штормы, которые вместо этого производят в основном положительные ЦТ.

«Гром среди ясного неба» — это компьютерная графика, которая начинается внутри облака, выходит из шторма, затем движется горизонтально от облака, прежде чем упасть на землю. Молния из ниоткуда может ударить в землю в точке с «голубым небом» над ней. Так что даже буря на расстоянии 6 миль может быть опасной.

Много вспышек, которые не достигают земли. Большинство из них остаются внутри облака и называются внутриоблачными (IC) вспышками молнии. Вспышки облаков иногда имеют видимые каналы, которые уходят в воздух вокруг грозы (9). 0013 облако-воздух или CA ), но не ударяйтесь о землю. Термин листовой молнии используется для описания вспышки ИС, встроенной в облако, которое загорается как светящийся слой во время вспышки.

Родственный термин, тепловая молния , представляет собой любую молнию (IC или CG) или вызванное молнией освещение, которое находится слишком далеко, чтобы гром был слышен. Может иметь красноватый («теплый») цвет, как у закатов, из-за рассеяния синего света. Существует много неправильных представлений о тепловой молнии, но она ничем не отличается от обычной молнии. Молния также может перемещаться из одного облака в другое, или между облаками (CC) . Паучья молния относится к длинным, движущимся горизонтально вспышкам, часто наблюдаемым на нижней стороне слоистых облаков. Паучья молния часто связана со вспышками +CG.

Сильные грозы могут вызывать другие виды электрических явлений, называемых переходными световыми явлениями (TLE) , которые происходят высоко в атмосфере. Они редко наблюдаются визуально и плохо понимаются. Наиболее распространенные TLE включают красные спрайты, синие самолеты и эльфы.

Спрайты могут появиться прямо над активной грозой в виде большого, но слабого разряда. Обычно они происходят одновременно с мощными положительными ударами молнии в ЦТ. Они могут простираться до 60 миль от вершины облака. Спрайты в основном красные и обычно длятся не более нескольких секунд, а их формы описываются как напоминающие медуз, морковь или столбцы. Поскольку спрайты не очень яркие, их можно увидеть только ночью. Их редко можно увидеть человеческим глазом, поэтому чаще всего их снимают с помощью высокочувствительных камер.

Забавный факт: пилоты самолетов время от времени сообщали о том, что видели молнию над штормом за много лет до того, как исследователи задокументировали спрайты и другие TLE с помощью чувствительных видеокамер.

Голубые струи и гигантские струи вылетают из верхней части грозового облака, но не связаны напрямую с молнией облако-земля. Они простираются вверх узкими конусами, расходясь веером и исчезая на высоте 25-35 миль. Гигантские джеты уходят еще выше в ионосферу. Голубые струи длятся доли секунды, и их видели пилоты.

Эльфы представляют собой быстро расширяющиеся дискообразные светящиеся области, которые могут достигать 300 миль в поперечнике. Они длятся менее тысячных долей секунды и происходят над областями активного облака до наземной молнии. Эльфы возникают, когда энергичный электромагнитный импульс распространяется в ионосферу. Эльфы были обнаружены в 1992 году с помощью видеокамеры при слабом освещении на космическом челноке, и теперь известно, что они связаны с земными вспышками гамма-излучения (TGF). TGF были обнаружены в 2000-х годах спутниками, предназначенными для обнаружения космических гамма-лучей, но было обнаружено, что некоторые сигналы исходят от гроз на Земле! TGF, по-видимому, возникает там, где в глубокой области существуют сильные электрические поля, которые действуют как ускоритель частиц, засеянный частицами космических лучей. Это также может производить пучки релятивистских электронов. Обычная молния также производит рентгеновское излучение, которое можно обнаружить на земле.

Иллюстрация различных видов кратковременных световых явлений (TLE) [+]

Иллюстрация различных видов кратковременных световых явлений (TLE)

Суровая погода 101: Обнаружение молний

Обнаружение молний

В настоящее время облачно-к — наземные (CG) и внутриоблачные (IC) вспышки молний обнаруживаются и отображаются в режиме реального времени двумя разными сетями в США — National Lightning Detection Network (NLDN) , системой, принадлежащей Vaisala и управляемой ею. Inc и Земные сети Общая сеть Lightning . Эти две системы работают, обнаруживая радиоволны (сферики), излучаемые быстрыми электрическими токами (ударами) в каналах молнии. «Инсульт» может быть быстрым течением в облаке или «обратным ходом» в канале к земле. Возвратные удары CG обычно имеют большие токи, которые создают более сильные сигналы, которые легче обнаружить. Поскольку существует множество других источников радиошума, системам необходимо сначала определить, какие вспышки, вероятно, вызваны молнией. Радиосигналы обнаруживаются несколькими станциями (не менее 3) и используются для определения места удара методом времени прихода. Точность определения местоположения лучше всего, когда молния происходит в сети станций. Вспышки вне сети имеют большие ошибки определения местоположения и могут даже не обнаруживаться.

Каждая система может обнаруживать более одного удара (в облаке или обратного) для одной вспышки молнии. Вспышки CG, которые переносят отрицательный заряд от облака на землю («отрицательный CG» или «-CG»), могут иметь несколько обратных ударов, что иногда можно увидеть визуально как мерцание канала на землю. Вспышки положительного CG (+CG) эффективно опускают положительный заряд на землю (или поднимают отрицательный заряд) и почти всегда имеют только один обратный удар. Однако обратный ход +CG чаще имеет устойчивый ток, который может иметь большую вероятность возгорания.

Чем мы занимаемся: NSSL использует данные, собранные NLDN, чтобы узнать, как штормы вызывают вспышки компьютерной графики и как эти вспышки связаны с другими опасными штормами.

Массивы картографирования молний обеспечивают трехмерное картографирование сегментов каналов молний рядом с массивом. Для каждой вспышки молнии можно нанести на карту до тысячи точек, чтобы выявить ее местоположение и развитие ее структуры. Исследовательские LMA существуют в Оклахоме, Техасском Панхандле, северной Алабаме, Вашингтоне, округ Колумбия, Космическом центре Кеннеди во Флориде и многих других местах. В настоящее время NSSL строит мобильную группу для обеспечения целевых наблюдений за молниями в сочетании с полевыми кампаниями.

Системы LMA также обнаруживают радиошум, но в диапазоне очень высоких частот (VHF) около 60 МГц. Они также используют метод времени прибытия для определения местоположения исходных точек в трех измерениях и во времени, обычно используя не менее 6 или 7 станций, чтобы снизить количество ошибок. Высокое временное разрешение (от 20 до 100 нс) позволяет наблюдать за переходом молнии от зарождения к разным регионам грозы. Иногда вспышки очень маленькие и длятся всего несколько миллисекунд, но некоторые могут охватывать очень большие области и продолжаться до 6-7 секунд.

Что мы делаем: NSSL использует OKLMA для исследования того, как характеристики молнии связаны с восходящими потоками, осадками и сильными штормовыми процессами. Ученые также используют OKLMA для исследования использования данных о молниях в моделях прогноза погоды.

Геостационарный картограф молний (GLM) — это инструмент на двух метеорологических спутниках, запущенных в 2016 и 2018 годах (GOES-16 и GOES-17), который непрерывно отображает общую активность молний (в облаках и между облаками и землей). и ночь над Америкой и прилегающими районами океана. GLM отслеживает оптическое излучение молнии, которое достигает космоса, аналогично тому, что мы видим своими глазами. Он записывает, насколько ярки вспышки сверху, какую площадь покрывает вспышка и сколько вспышек проходит над любым заданным местом. Однако он не может «увидеть», попадает ли канал от вспышки на землю или нет.

GLM представляет собой быструю инфракрасную видеокамеру. Он «видит» в определенной узкой полосе света то, что хорошо излучает молния, и помогает отличить ее от других источников света. Он может записывать около 500 изображений в секунду, чего достаточно, чтобы увидеть развитие молнии, когда она освещает разные части облака. Пространственное разрешение составляет около 8 км, что соответствует размеру небольшой грозы, поэтому каждый пиксель камеры может видеть примерно одну маленькую грозу целиком или часть большой грозы. Было замечено, что некоторые очень большие штормовые системы, такие как линии шквала, вызывают вспышки молнии, которые пересекают шторм на сотни километров!

Данные о молниях GLM обеспечивают множество новых применений для суммарных молний, ​​которые ранее были невозможны на больших территориях страны. Он может использоваться авиационными метеорологическими службами для мониторинга пространственного охвата молний. Это будет полезно для климатологических исследований суммарной освещенности и грозовой активности. Он предоставляет новую информацию о молниях во время ураганов до того, как они обрушатся на сушу. Он предоставляет информацию о штормовых условиях на большой территории, которая может улучшить модели погоды, и в настоящее время тестируется учеными NSSL. GLM также помогает выявлять растущие, активные и потенциально разрушительные грозы по всей стране (а также в районах океана), что может помочь синоптикам отслеживать грозы и выпускать предупреждения о сильных грозах.

Что мы делаем: NSSL и партнеры работают над приложениями и продуктами, использующими GLM. Ученые также используют тенденции в частоте вспышек, чтобы помочь определить развитие гроз, рост восходящих потоков и образование осадков и нисходящих потоков.

Вспышки также были обнаружены из космоса в течение последних нескольких десятилетий другими оптическими датчиками, которые предшествовали GLM — Optical Transient Detector и Lightning Imaging Sensor . Optical Transient Detection был экспериментальным прибором, выпущенным в 1995 перед датчиком изображения молнии. Датчик изображения молний на спутнике TRMM дважды в день покрывал Землю в тропических регионах с 1998 по 2014 год. Совсем недавно запасной датчик изображения молний был установлен на Международной космической станции в 2017 году. Датчик изображения молний имеет лучшее разрешение, чем GLM. , но только на короткое время сканирует небольшие области, когда проходит над головой.

Каждый из вышеперечисленных датчиков измеряет разные этапы процесса вспышки молнии. Сети, которые обнаруживают CG, реагируют на высокие токи и большие переносы заряда во время вспышки. LMA реагирует на ОВЧ-излучение, испускаемое по мере развития канала молнии. Оптические измерения из космоса реагируют на оптическое излучение молнии, выходящей из верхней части облака. Это означает, что каждый из них говорит вам что-то свое о молнии во время грозы! Это также означает, что определение «вспышка молнии» может зависеть (или ограничиваться) от того, как она наблюдается.

Защита от перенапряжения DITEK — Блог DITEK

Свойства и эффекты, характерные для удара молнии, поистине замечательны. Молния начинается с высокоинтенсивного электрического импульса, который сначала нарастает в газовой среде, формируясь в атмосфере, а затем превращается в твердую, более или менее проводящую среду, когда ударяется о землю. Однако фейерверки, происходящие во время этого небесного путешествия с небес на землю, могут быть одновременно чудесными и разрушительными. Визуальные эффекты вспышки молнии, за которой следует ударная волна грома, и чистая тепловая динамика тепла, генерируемого событием, также создают остаточные электродинамические и электрохимические побочные эффекты, которые могут нарушить подачу электроэнергии, вызвать скачки напряжения в офисных и промышленных устройствах и нарушить работу сети. коммуникации.

Удар молнии, пожалуй, одно из самых страшных и в то же время чудесных природных явлений. Если учесть, что шансы человека быть пораженным молнией ничтожно малы — один к 12 000, а астрафобия — третья по распространенности фобия в Америке после акрофобии (боязни высоты) и зоофобии (боязни животных), это доказывает люди уважают его дикий потенциал.

Однако ученые-климатологи опасаются, что из-за быстрых изменений погоды на Земле вероятность стать жертвой удара молнии может увеличиться до 1 из 8000 к 2100 году9.0005

 

Что такое молния?

Итак, что вызывает молнию и остаточный эффект, который мы называем громом? Молния создается, когда положительный и отрицательный электрические заряды увеличиваются и расширяются настолько, что их можно увидеть в небе. Гром — это звук молнии, когда давление и температура вокруг этого заряда внезапно увеличиваются, расширяя воздух и создавая громкий удар.

Окончательная причина молнии до сих пор является предметом споров среди ученых, которые знают, что это связано с взаимодействием между положительно и отрицательно заряженными ионами внутри облаков, что-то вроде ходьбы по ковру, а затем прикосновения к дверной ручке только для того, чтобы получить удар током из-за разряд статического электричества. Движение по полу создает нестабильный статический электрический заряд. Аналогичная реакция происходит внутри грозового облака, но в экспоненциальном масштабе.

Мифы о молнии

Люди были очарованы молнией с момента появления первого человека, а мифы и легенды коренятся в силе и величии дугообразного яркого света, разбросанного по всей мировой литературе и устным рассказам. Но непонимание некоторых мифов может привести к серьезным проблемам при столкновении человека и молнии.

Возьмите известную историю, в которой Бенджамин Франклин якобы запустил воздушного змея в грозу и собрал молнии в банку. Это могло бы быть правдой в волшебном мире, но не в мире науки. Франклин, американский государственный деятель, был уважаемым ученым в 1750-х годах. Как гласит история, он получил две тонкие полоски кедрового дерева, достаточно большие, чтобы покрыть большой шелковый носовой платок. Затем он привязал его к конопляной веревке с ключом, привязанным к концу. Франклин прикрепил к воздушному змею металлический стержень в надежде привлечь молнию — первый в истории громоотвод — и привязал шелковую ленту к концу струны и ключа.

Как гласит история, Франклин запустил воздушного змея в грозовую тучу, где в него ударила молния, которая пробежала по струне, спрыгнула с ключа и оказалась в ловушке в стакане, где Франклин намеревался «сохранить» электричество. Однако идея о том, что человек, держащий веревку на конце воздушного змея, пораженного молнией в 100 миллионов вольт, вообще выживет, невозможна, как и «захват» тока молнии.

Мифы о молнии столь же разнообразны, как и люди, которые их рассказывают, но факт, что во время грозы можно укрыться в доме, другом строении или полностью закрытом транспортном средстве с жестким верхом, безусловно, верен. Способность отделить молниеносную правду от вымысла, безусловно, важна. Например, миф о том, что молния никогда не бьет дважды в одно и то же место. Дело в том, что молния дважды бьет в одно и то же место, причем неоднократно. Например, сообщалось, что сотни ударов молнии в час освещают небо над пересечением реки Кататумбо и озера Маракайбо на северо-западе Венесуэлы более 300 ночей в году, часто вспыхивая несколько раз в секунду, вызванных теплыми пассатами с Карибского моря.