«Почему сверкает молния и гремит гром?»

Почему бывает молния и гремит гром?

Выполнил ученик 4 Б класса

Синявский Данил

Руководитель Герман Т. Н.

БОГ ПЕРУН

почему сверкает молния и гремит гром?

Цель исследования: понять происхождение молнии в природе,

узнать правила поведения во время грозы.

• Грозами называют атмосферные явления в виде дождя, града, редко снега, сопровождаемые электрическими разрядами — молниями .

• Молния — гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, проявляющийся обычно яркой вспышкой света и сопровождающим ее громом.

Электрическая природа молнии была раскрыта в исследованиях американского физика Б. Франклина, по идее которого был проведен опыт по извлечению электричества из грозового облака.

Ученые классифицируют молнии на три вида:

1. Линейная — молния

в виде извилистой линии,

от которой отходит

множество разветвлений.

2. Расплывчатая — молния, не имеет контуров и возникает мгновенной вспышкой.

3. Шаровая — наиболее опасная разновидность молнии. Возникает в виде огненного желто-красного шара, представляющего собой сгусток горячего газа. Но цвет также может быть от белого до сверкающего желтого и зеленого. Может изменять форму, тем самым, проникая даже в узкое отверстие дома. Как правило, взрывается с характерным треском. Есть и невидимые, и черные шаровые молнии. Свидетели заявляют, что черные шаровые молнии как бы состоят из загадочных нитей, сплетенных в клубок.

В 1989 году был обнаружен особый вид

молний — эльфы , молнии в верхней атмосфере.

Эльфы представляют собой огромные, но

слабосветящиеся вспышки-конусы диаметром

около 400 км, которые появляются непосредственно

из верхней части грозового облака. Высота эльфов может достигать 100 км.

В 1995 году был открыт другой вид молний в

верхней атмосфере — джеты .

Джеты представляют собой трубки-конусы синего

цвета. Высота джетов может достигать 40-70 км,

живут джеты относительно дольше эльфов.

Спрайты трудно различимы, но они появляются

почти в любую грозу на высоте от 55 до 130 км

(высота образования «обычных» молний — не более 16 километров).

Это некое подобие молнии, бьющей из облака вверх.

Впервые это явление было зафиксировано в 1989 году случайно.

Сейчас о физической природе спрайтов известно крайне мало .

Ч то мы знаем об электричестве?

Электричество есть у нас в розетках. Если туда включить лампу, то ток побежит к ней по проводам и загорится свет. А электрический ток возникает благодаря движению множества электрических зарядов. Они бывают двух видов, назовем их условно «положительные» и «отрицательные». Но электрические заряды есть не только в розетке. Они есть во всех предметах. Только там они в равном количестве и равномерно распределены по всему предмету. Но бывает, что заряды в предметах перемещаются, «отрицательные» скапливаются на поверхности, теряются, а еще бывает, что один предмет захватывает их у другого. И тогда получается, что у одного предмета становится больше «отрицательных» зарядов, а у другого меньше. Такие предметы становятся «заряженными»: у кого стало больше «отрицательных» зарядов называются «отрицательно заряженными», а у которых отрицательных зарядов стало не хватать – «положительно заряженными».

Для чего нужны « громоотводы » ?

Всем известно, что разряды молний представляют большую опасность для электрического и электронного оборудования. При прямом попадании молнии в провода в линии возникает перенапряжение, вызывающее разрушение изоляции электрооборудования. Для защиты от грозовых перенапряжений электрические подстанции и распределительные сети оборудуются различными видами защитного оборудования таким как разрядниками, нелинейными ограничителями перенапряжения.

Для защиты от прямого попадания молнии используются громоотводы и грозозащитные тросы. Правильнее говорить молниеотвод . Потому что « молниеотводы » ( высокие металлические шпили) « приманивают » к себе именно молнию и принимают на себя ее удар. Недаром ставят заостренные металлические шесты, врытые в землю, чтобы поймать молнию, увести ее в землю, не дав ей наделать бед.

Запомните : если вас застанет

гроза в лесу или в поле,

никогда не прячьтесь под

высокими деревьями или

под стогом се н а. Это опасно!

А гром нам не опасен.

В какие деревья чаще всего ударяет молния

Еще в древности было известно, что из всех деревьев чаще всех молнии поражают дубы. Древние славяне называли дуб «перуновым древом» по имени бога небесного огня Перуна.

Ученые объясняют это тем,

что корневая система дуба

очень развита и проникает

глубоко в землю, достигая

водоносных слоев. Поэтому

дуб служит отличным громоотводом.

Статистика показывает,

что чаще всего молния

ударяет в высокие дубы

и тополя, растущие

на открытой местности.

Молния поражает также

ель и сосну, реже акацию

и почти не трогает клен,

орешник, а на юге –

лавровое дерево.

Так, на 100 ударов молнии

на дуб приходится 54, тополь – 24, ель – 10, сосну – 6, бук – 3, липу – 2, акацию – 1.

От чего зависит цвет молнии?

Внимательно наблюдая за грозами, можно заметить, что молнии

бывают различного цвета.

По цвету молнии можно судить

о свойствах окружающего воздуха:

вспышка красного цвета – в облаке дождь,

голубого – град, желтого – пыль.

Белый цвет свидетельствует о том,

что воздух очень сухой.

Такая молния представляет особую опасность, потому что часто при разряде в землю вызывает пожары. … Отбушует гроза. Рассеются темные тучи, станет свежо, легко дышать. Недаром древние славяне почитали бога грозы — не только грозного, но и милостивого.

Правила поведения во время грозы.

Каждый должен знать, что при надвигающейся грозе, т. е. когда собираются темные тучи и слышатся раскаты грома, надо немедленно отправляться домой, а если на это не остается времени, надо правильно себя вести: • Надо держаться подальше от высоковольтных линий, железных бочек и поручней, проволочных заборов, водопроводных труб и прочих металлических предметов. • Велосипед или самокат временно придется бросить. • Ни прятаться вблизи холмов, одиноко стоящих деревьев, опушек леса, берега пруда, реки, озера. • Нельзя держаться «кучкой» – вместе с другими детьми, лучше разделиться. • Если над тобой сверкают молнии, а ты оказался на открытом пространстве, нужно присесть на корточки, опустить голову и прикрыть ее руками. А вообще, не стоит паниковать!

А знаете ли вы, что…

• Из деревьев, пораженных молнией, делают музыкальные инструменты, приписывая им уникальные свойства;
• Молнии в 6 раз чаще попадают в мужчин, чем в женщин.
• Признаком того, что человек находится в электрическом поле, могут послужить вставшие у него дыбом волосы, которые начнут издавать легкое потрескивание (в случае сухих волос).
• Молнии наблюдаются не только на Земле, но также в атмосферах Венеры, Юпитера и Сатурна.
• Одновременно на Земле происходит около 2 000 грозовых бурь. Каждую секунду в поверхность Земли ударяет более 100 молний.
• Воздух около молнии разогревается до 30 тысяч градусов Цельсия: это в пять раз больше, чем температура поверхности Солнца.
• Молнии между тучей и землей бывают двух типов: положительные и отрицательные. Положительные разряды происходят только в 5 % случаев, зато они более сильные.

Вывод:

 

• Гроза – это электрический заряд в атмосфере возникающий и накапливающийся в результате трения снежинок и градин друг о друга что компенсирует дефицит электронов в околоземном пространстве .
• Молнии — серьёзная угроза для жизни людей. Поражение человека или животного молнией часто происходит на открытых пространствах, так как электрический ток идёт по кратчайшему пути «грозовое облако-земля». Часто молния попадает в деревья и трансформаторные установки на железной дороге, вызывая их возгорание. Обычный грозовой разряд опасен для телевизионных и радиоантенн, расположенных на крышах высотных зданий, а также для сетевого оборудования.
• Если заметил приближение грозы надо немедленно отправляться домой, держаться подальше от высоковольтных линий и прочих металлических предметов, нельзя держаться «кучкой» – вместе с другими детьми, лучше разделиться
  .

А вообще, не стоит паниковать!

Источники

• 1. Дитрих А., Юрмин Г., Кошурмикова Р., Почемучка. – 4 издание. Испр. Доп. – М.: «Педагогика-Пресс», 1993.
• 2. Томилин А. Н., Сергеев Б. Ф., Большая энциклопедия начальной школы. Вопрос-ответ. – М.: ЗАО «ОЛМА Медиа Групп», 2011. – с.54.
• 3. Почемучка. Детские вопросы. ПОЧЕМУ …
• pochemuchca.ru/detsk-vopros/poshemu19.html

 

• 4. Почему бывает гром и молния …
• www.bambini.by/articles/pochemu_bi
• 5. Отчего бывает гроза среди ясного неба?
• www.vokrugsveta.ru / quiz /509

Бывают ли грозы зимой

Пожалуй, все мы привыкли, что полноценные грозы с ливнем, молниями и громом бывают только летом. Но на самом деле это не совсем так. Рассказываем, как образуется это атмосферное явление, и почему гроза может начаться в любое время года, и даже зимой.

Unslash

Представьте, на дворе зима, падает снег, а в небе сверкает молния, и гремит гром. Возможно ли это? Рассказываем о не самом частом климатическом явлении — о зимних грозах

Жители Европейской части России, например, Москвы и Санкт-Петербурга вряд ли смогут похвастаться тем, что часто видят грозы зимой. В то время как люди из Краснодарского, Ставропольского края или с Кавказа регулярно по несколько раз за сезон сталкиваются с этим явлением. Рассказываем, почему так происходит.

Как образуются грозы

Грозовые облака формируются при определенных условиях. Для этого необходима сильная неустойчивость распределения воздуха, которая может возникать, например, при столкновении двух фронтов — теплого и холодного. В этом случае водяной пар постепенно поднимается вверх, расширяется, остывает и конденсируется. При этом часть капель воды, которые в нем содержатся, замерзает, а часть остается жидкой. Эти типы капель имеют разный электрический заряд — у льдинок он положительный, а у капель — отрицательный. Облако растет, а с ним и количество капелек и льдинок, несущих на себе электричество. Такими физическими процессами можно объяснить появление грозы и зимой.

Обычно в верхней, более холодной, части облака накапливается положительный заряд, а в нижней — отрицательный. Бывают и более сложные структуры возникновения грозы. Разность потенциалов достигает от 10 миллионов до миллиардов Вольт и становится настолько большой, что происходит разряд, и возникает молния.

При подъеме вверх, температура воздуха снижается приблизительно на 6,5 °С с каждым километром. Например, когда на поверхности Земли она составляет 15 °С, то на высоте 2,5 км уже 0 °С, на высоте 5 км — минус 17 °С, а на высоте 8 км — минус 37 °С. Обычно грозовые облака поднимаются на высоту 8–10 км в наших широтах (верхняя кромка облаков). При этом на высоте капли воды в грозовом облаке могут находиться в разных фазах: некоторые капли переохлаждаются до температур минус 20–25 °С, но остаются жидкими, другие кристаллизуются, образуя снежинки, крупу и град. В воздушном потоке все они хаотично сталкиваются и трутся друг о друга, в результате чего заряжаются, и в облаке создается довольно сильное электрическое поле — это способствует тому, что мы видим на небе грозу.

Может ли гроза начаться зимой

Зимой в воздухе содержится значительно меньше молекул воды, которые не превратились в капли и снежинки. Это значит, что в зимних воздушных массах содержится меньше энергии, которая могла бы образовать грозовое облако за счет конденсации, кристаллизации и мощной циркуляции воздуха. Поэтому капли, льдинки и снежинки хуже заряжаются друг об друга.

Тем не менее, зимние грозы вполне себе реальны. Когда с поверхности более теплых океанов и морей к нам приходит мощная теплая и влажная воздушная масса, может начаться интенсивная конвекция, достаточная для образования грозового облака. В таких условиях и происходят зимние грозы в средней полосе России, сопровождаемые снегопадом.

В Краснодарском, Ставропольском крае и на Кавказе грозы случаются по несколько раз за зиму из-за особого сочетания гор и Черного моря. Влажный быстрый морской воздух поднимается по склонам Кавказского хребта и охлаждается. В это время происходит конденсация, и формируются облака, которые не всегда превращаются в грозовые. Поэтому часто вершины гор, например, Эльбруса или Домбая, скрыты под облаками даже в хорошую погоду. А вот для формирования кучево-дождевого облака воздушная масса должна обладать большим запасом влаги и начальной скоростью движения. Поэтому практически везде на Земле гроз все же гораздо больше летом, но зимние грозы все равно встречаются.

Кстати, если интересно, предлагаем прочитать еще один интересный материал «TechInsider»: Озеро Маракайбо — то место на Земле, где больше всего молний. Здесь мы рассказали об удивительном месте на земле, где почти 200 дней в году идут грозы, и каждую минуту может вспыхивать в среднем 28 молний.

Советы по безопасности при ударе молнии

• Советы по безопасности при ударе молнии доступны в формате PDF.

Знаете ли вы?

Молния может ударить на расстоянии до 10 миль от любого дождя.

Наибольшая грозовая активность приходится на июль и август.

Эти простые меры предосторожности могут спасти жизнь во время грозы.

Будьте начеку

• Регулярно следите за местными погодными условиями с помощью специального метеорологического радио или AM/FM-радио. Многие погодные приложения для смартфонов доступны для мониторинга погодных условий на ходу.
• Распознавать признаки надвигающегося грома и грозы — возвышающиеся облака в форме «цветной капусты», темное небо и далекие раскаты грома или вспышки молнии. Не ждите, пока поблизости ударит молния, чтобы укрыться.

Ищите убежище

• Ищите большое закрытое здание, когда угрожает гроза или гроза. Это лучший выбор.
• Если вы находитесь в машине с жестким верхом, оставайтесь внутри и держите окна закрытыми.
• Избегайте небольших навесов и навесов или частичных укрытий, таких как павильоны.
• Держитесь на расстоянии не менее нескольких футов от открытых окон, раковин, туалетов, ванн, душевых, электрических коробок и розеток, а также бытовой техники. Молния может протекать по этим системам и «перескакивать» к человеку.
• Не принимайте душ или ванну во время грозы или грозы.
• Избегайте использования стационарных телефонов, за исключением экстренных случаев. Если молния ударит по телефонным линиям, она может попасть в телефон. Сотовые или беспроводные телефоны, не подключенные к проводке здания, безопасны в использовании.

Если вас застали снаружи

• Если вы абсолютно не можете добраться до безопасного места, вы можете уменьшить угрозу поражения молнией с помощью следующих советов. Помните, это крайняя мера. Вы НЕ в безопасности снаружи.
• Избегайте открытых полей, вершин холмов или вершин хребтов.
• Держитесь подальше от высоких изолированных деревьев или других высоких объектов. Если вы находитесь в лесу, оставайтесь рядом с более низкими деревьями.
• Если вы находитесь в группе, рассредоточьтесь, чтобы избежать распространения электрического тока между членами группы в случае удара молнии.
• Если вы разбиваете лагерь на открытой местности, разбивайте лагерь в долине, овраге или другом низком месте. Помните, что палатка НИКАК не защищает от освещения.
• Держитесь подальше от воды, мокрых предметов, таких как веревки, и металлических предметов, таких как заборы и столбы. Вода и металл не притягивают молнии, но являются отличными проводниками электричества. Ток от вспышки молнии легко распространяется на большие расстояния через воду и металл.

Помощь пострадавшему от удара молнии

Если кого-то ударила молния, как можно скорее вызовите скорую медицинскую помощь. Если молнией поражено более одного человека, в первую очередь лечите тех, кто находится без сознания. Они подвергаются наибольшему риску смерти. Человек, пораженный молнией, может казаться мертвым, без пульса и дыхания. Часто человека можно оживить с помощью сердечно-легочной реанимации (СЛР). Опасности для любого, кто помогает человеку, пораженному молнией, не остается электрического заряда. СЛР должно быть попыталась сразу.

Следующими лечите тех, кто ранен, но в сознании. Обычными травмами от удара молнии являются ожоги, раны и переломы.

Видение грома | Юго-западный научно-исследовательский институт

Махер А. Дайе, доктор философии.

Молния и сопровождающий ее гром являются одними из самых впечатляющих, но знакомых визуальных и слуховых явлений в природе. Описание ужасающих раскатов грозы, ослепляющих вспышек и смертоносных электрических разрядов требует превосходной степени, и не без оснований. Молнии ударяют в Землю миллионы раз каждый день по всему миру.

Только в США ежегодно от него погибает около 100 человек и еще 1000 получают ранения. Это может привести к перебоям в подаче электроэнергии, пожарам и авиакатастрофам, ежегодно причиняя ущерб в десятки миллионов долларов. Это происходит даже в космосе. Молнии наблюдались на Юпитере, Венере, Сатурне и Титане. По множеству причин для мира, который становится все более технологичным, важно точно понимать, что вызывает молнию — где и когда.

ОБ АВТОРЕ
Махер А. Дайех, доктор философии, старший научный сотрудник Отдела космической науки и техники. Он имеет более чем 12-летний опыт исследований, охватывающих целый ряд тем, включая науку о Солнце, гелиосфере, магнитосфере и планетах, а также проектирование и разработку атмосферных и космических приборов. Он также изучал физику молнии.

При всей ослепляемости и опасности грозы молния и гром остаются малоизученными учеными. Несмотря на легендарный (и удачный) эксперимент Бенджамина Франклина с запуском воздушного змея, изучение молнии в природе сложно и опасно. Кроме того, поскольку отдельные удары молнии непредсказуемы, нецелесообразно строить массив инструментов, большой и достаточно близкий, чтобы наблюдать и измерять точные условия, вызывающие появление молнии в облаке, или путь, по которому она распространяется по воздуху.

За последние два десятилетия достижения в области приборостроения и дистанционного зондирования, а также, что немаловажно, возможности искусственно вызывать молнию, значительно расширили научное понимание физики молнии. Ученые теперь знают, что молния связана с высокоэнергетическими процессами, которые охватывают огромные масштабы и могут наблюдаться в различных формах, включая рентгеновское излучение на земле, спрайты и струи над грозовыми облаками в верхних слоях атмосферы, а также земные вспышки гамма-излучения, наблюдаемые спутниками. из космоса, так и с помощью наземных приборов.

Рентгеновское излучение на земле, спрайты и струи над грозовыми облаками в верхних слоях атмосферы и земные вспышки гамма-излучения, наблюдаемые спутниками из космоса, а также с помощью наземных приборов.

 

Гром и молния

Несмотря на эти достижения, изучение физики молнии с помощью ее акустической сигнатуры (то есть грома) было ограничено отчасти из-за старой поговорки о том, что молния никогда не бьет в одно и то же место дважды. Хотя эта поговорка не является научно точной, случайный характер ударов молнии означает, что гром, как правило, должен измеряться на расстоянии. Звук медленный по сравнению со светом, поэтому к тому времени, когда акустическая сигнатура достигает инструмента, молния, вызвавшая его, уже исчезает. Кроме того, измеренные сигналы будут изменены многочисленными факторами распространения и атмосферными воздействиями. Тем не менее группа ученых и инженеров из Юго-Западного исследовательского института (SwRI) решила более внимательно изучить гром, пытаясь понять его происхождение и то, что он может рассказать о процессе молнии.

Молния — это кратковременный сильноточный электрический разряд. Его путь случайный, длина пути часто измеряется в милях (или километрах). Молния обычно возникает в динамичной атмосферной среде, где электрические заряды создают поля, достаточно сильные, чтобы превратить окружающий воздух в проводник. Ученые классифицируют удары молнии по способу их распространения. Наиболее распространенными формами являются разряды «земля-облако», «облако-облако», «внутриоблачность» и «облако-земля».

Облако-земля — наиболее изученная форма молнии. Эти болты начинаются как сложная смесь электростатических зарядов, взбивающихся в грозовых облаках. В преобладающих условиях эти заряды запускают «ступенчатые лидеры», или жилы электричества, разветвляющиеся вниз. После серии последовательных всплесков электроны объединяются на их кончиках и запускают новые лидеры в виде разветвления. Эти ступенчатые лидеры распространяются вниз прерывистым образом с чрезвычайно интенсивными электрическими полями на их концах. Между тем, высокие объекты на земле, такие как деревья или дома, могут посылать вверх потоки положительно заряженных каналов. С несколькими ступенчатыми лидерами, распространяющимися вниз, и несколько меньшим количеством этих стримеров, тянущихся вверх, пара в конечном итоге встречается. Результирующий процесс прикрепления открывает выпускной канал. Первоначальный болт движется по траектории, вызывая почти мгновенные возвратные удары, которые следуют за ним. Эта мерцающая вспышка — молния, какой мы ее знаем.

(слева) Ученые выстрелили моделью ракеты с проводным заземлением с этой стартовой площадки в грозовые облака, чтобы вызвать искусственную молнию. (Справа) Во время эксперимента во Флориде массив отодвинулся от стартовой площадки, используемой для запуска молнии.

Гром возникает, когда молния внезапно нагревает воздух до температуры 30 000 градусов по Кельвину — в пять раз горячее, чем на поверхности Солнца. Этот внезапный скачок температуры и давления заставляет окружающий воздух быстро расширяться наружу, а затем схлопываться внутрь при охлаждении, создавая ударную волну. В начале обратного хода давление внутри канала в несколько раз превышает атмосферное давление. За несколько десятков микросекунд ударная волна расширяется на несколько метров, а затем распадается на звуковую волну. То, как мы слышим гром, во многом зависит от того, насколько далеко мы находимся от молнии. Если мы рядом, гром звучит резко и громко, как хлопки и треск. Издалека звук потерял большую часть своих высокочастотных компонентов, и мы слышим только более продолжительный низкочастотный гул. На слышимость грома также влияет эхо, создаваемое рельефом местности и атмосферными явлениями, такими как влажность, скорость ветра или температурные инверсии.

На сегодняшний день исследования молний с использованием акустических сигнатур сосредоточены в основном на инфразвуковой части спектра звука грома — менее 20 Гц, не слышимой человеком. В предыдущих исследованиях слышимого грома использовались пространственно распределенные микрофоны для картирования источников звука с использованием триангуляции и обработки сигналов для «реконструкции» формы канала молнии. Это исследование было полезным, особенно для невидимых болтов в облаках, но расстояние микрофонов от канала сильно ограничивало измерения.

На этой схеме показаны процессы инициирования, распространения и прикрепления, которые открывают проводящий канал или путь для первичного удара при ударе молнии из облака в землю. Молния часто имеет несколько обратных ударов, которые обычно следуют по пути первого.

 

Высокочастотные компоненты грома быстро рассеиваются. Чтобы получить полную акустическую картину и зафиксировать полное изображение грома, инструменты должны находиться очень близко к месту удара молнии. Чтобы сделать это крупное изображение, команда SwRI сотрудничала с учеными из Международного центра исследований и испытаний молний (ICLRT) в Кэмп-Бландинге, Флорида. Этот всемирно известный исследовательский центр молний, ​​управляемый Университетом Флориды и Технологическим институтом Флориды, специализируется на производстве «искусственных молний». Воспользовавшись заявлением Флориды о наибольшем количестве ударов молнии в год в США, ICLRT предлагает большие открытые объекты, оснащенные датчиками, формирователями изображений и приборами. Чтобы вызвать молнию, небольшая модель ракеты с заземленным медным проводом запускается в грозовое облако при благоприятных электрических условиях. Медный провод обеспечивает проводящий канал и создает предсказуемый путь для молнии, позволяя ученым точно фокусировать инструменты и проводить повторяемые эксперименты рядом с каналом разряда. Электричество проходит по проводу, испаряя его при первом искусственном ударе и вызывая ответные удары по воздуху.

Дайех и инженер Джеймс Дж. Рамакерс калибруют «акустическую камеру» — набор из 15 микрофонов, установленных на расстоянии 1 м друг от друга и установленных на штативах на высоте 1,2 м над землей.

 

Группа микрофонов

«Акустическая камера» команды SwRI состояла из группы из 15 микрофонов, установленных на расстоянии 1 м друг от друга и установленных на штативах на высоте 1,2 м над землей. Массив был обращен к стартовой площадке ракеты, где медный провод был заземлен, и сработавшая молния ударила. Герметичный алюминиевый корпус защищал электронику и компоненты сбора данных от сильных электромагнитных помех и дождевой воды, связанных с грозами. Ученые связывались с коробкой через многомодовый оптоволоконный USB-удлинитель, подключенный к ноутбуку в защищенном от молнии прицепе управления. Резиновые колпачки защищали микрофоны от воды, ветра и чрезмерного акустического давления. Ученые охарактеризовали фоновый шум, а затем собрали цифровые сигналы с микрофонов на частоте 50 кГц в течение 10 секунд.

Команда использовала хорошо зарекомендовавший себя метод обработки сигналов, известный как «формирование луча», для изображения вертикального профиля канала. Этот метод позволяет ученым последовательно сдвигать записанные сигналы во времени в зависимости от скорости звука и расстояния между микрофонами. Затем этот метод направляет общий отклик всех микрофонов в определенном направлении, обеспечивая направленное усиление сигнала. Обработанные данные наносятся на график x-y, где горизонтальная ось представляет прошедшее время, а вертикальная ось представляет измеренный акустический отклик как функцию высоты вдоль канала молнии.

14 июля 2014 г. во время грозы был произведен пуск ракеты, вызвавшей срабатывание молнии. Электричество прошло по проводу, испарив медь в виде зеленой молнии, за которой последовало девять обратных ударов. Ученые обработали записанные звуковые сигнатуры и создали высокочастотные изображения с управляемым лучом, что было бы невозможно сделать издалека.

На этой фотографии с длинной выдержкой (а) показано событие, вызванное молнией. Первоначальный ожог медной проволоки светится зеленым, а девять последующих обратных штрихов — более фиолетовым. Ученые Юго-Западного научно-исследовательского института нанесли на график акустические данные (b-g), измеренные на массиве, которые четко показывают уникальные признаки девяти обратных ударов (RS), связанных с инициированным молнией. «Изогнутый» вид сигнатур КР связан с эффектами распространения со скоростью звука. Вторичная акустическая сигнатура после первого СО (б) является результатом импульса электрического тока, связанного с этим обратным ходом.

 

Взгляд на молнию

Результаты были ошеломляющими. Команда впервые сфотографировала звуковые волны, исходящие из разных частей канала молнии. Помимо драматических изображений, есть также важные исследовательские последствия. При естественной молнии канал представляет собой цепочку извилистых ветвей длиной в десятки метров, каждая из которых является источником энергии, генерирующим ударную волну. Ученые могли бы измерить различную излучаемую мощность различных ветвей вдоль канала, оценив энергию, поступающую в каждый сегмент. Это понимание энергетики молнии может улучшить наше понимание ее процессов, таких как продвижение ступенчатых лидеров и разрушение воздуха на ранних этапах процесса формирования канала разряда.

Измеряя звуки, издаваемые в разных точках вдоль канала, и учитывая распространение звука и атмосферные эффекты, ученые SwRI смогли проследить измеренные звуковые сигналы от массива до их источника в канале молнии. Результатом стало первое акустическое изображение грома. Можно было увидеть не только излучаемый звук, но и проекционную форму удара молнии, которая была видна на двумерном акустическом изображении.

Во время реальных экспериментов во Флориде герметичный алюминиевый ящик защищал электронику и компоненты сбора данных от сильных электромагнитных помех и дождевой воды, связанных с грозами. Ученые связывались с коробкой через многомодовый оптоволоконный USB-удлинитель, подключенный к ноутбуку в защищенном от молнии контрольном трейлере 9.0013

 

Что дальше?

БЛАГОДАРНОСТЬ

Автор благодарит сотрудников SwRI, Технологического института Флориды и Университета Флориды, которые помогли провести эти эксперименты. Автор с благодарностью выражает благодарность программе внутренних исследований SwRI. Для получения дополнительной информации об этой работе была опубликована подробная научная статья. См. Dayeh M.A., N.D. Evans, S.A. Fuselier, J. Trevino, J. Ramaekers, J.R. Dwyer, R. Lucia, H.K. Расул, Д.А. Котовский, Д.М. Джордан и М.А. Уман (2015 г.), «Первые изображения грома: акустическое изображение вызванной молнии», Письма о геофизических исследованиях, 42, doi: 10.1002/2015GL064451.

Ученые SwRI впервые спроектировали и разработали большую акустическую камеру, которая буквально улавливает «громкость звука», излучаемого по каналу молнии.