100%
Источник: depositphotos
Американские и европейские физики сумели ответить на давний вопрос о том, что именно инициирует разряд молнии в облаках. Для этого они воспользовались низкочастотной решеткой LOFAR, составленной из тысяч небольших радиотелескопов, изначально предназначенной для астрономических наблюдений и разработанной нидерландскими инженерами. Статья об этом опубликована в журнале Geophysical Research Letters.
«Было как-то даже неловко. Это самый энергоемкий процесс на планете, однако мы понятия не имели, как это все работает», — признался Брайан Хэйр, исследователь молний из Гронингенского университета в Нидерландах, один из соавторов новой статьи.
Что мы знаем со школы? Грозовое облако представляет собой огромное количество пара. Все это — крошечные капли или кристаллы льдинок. Они находятся в постоянном движении, вызванном восходящими потоками теплого воздуха от нагретой поверхности земли. Те, что легче, поднимаются наверх, сталкиваясь с тяжелыми каплями и вызывая тем самым электризацию. Тяжелые заряжаются отрицательно, а легкие — положительно. В результате верхняя часть облака становится положительно заряженной, а нижняя — отрицательно. Это создает электрическое поле, которое нарастает до тех пор, пока по небу не проскочит гигантская искра.
Тем не менее электрические поля внутри облаков примерно в 10 раз слабее для того, чтобы создавать искры.
«Люди десятилетиями посылали воздушные шары, ракеты и самолеты в грозы и никогда не видели достаточно больших электрических полей. Это была настоящая загадка», — говорит Джозеф Дуайер, физик из Университета Нью-Гэмпшира, который ломал голову над происхождением молнии более двух десятилетий.
Ученые были бы рады рассмотреть явление поближе, вот только облака непрозрачны — даже мощнейшие камеры не могут заглянуть внутрь, чтобы застать момент начала грозы. Долгое время мы действительно не знали, каковы условия зарождения молнии.
Однако мир получил ответ.
На помощь исследователям пришли инструменты радиоастрономов. Решетка радиотелескопов LOFAR изначально разрабатывалась для изучения далеких галактик и взрывающихся звезд, однако, как выяснилось, она также прекрасно подходит и для изучения земных молний.
Механизм настраивает антенны, чтобы обнаружить шквал примерно из миллиона радиоимпульсов, исходящих от каждой вспышки молнии. В отличие от видимого света, радиоимпульсы могут проходить даже сквозь густые облака.
LOFAR, современная астрономическая матрица телескопов, способна отображать освещение в трех измерениях с частотой кадров в 200 раз выше, чем у предыдущих инструментов. Картинка LOFAR дает первое по-настоящему четкое представление о том, что происходит внутри грозы.
Сеть телескопов LOFAR. Фото: ASTRON
Во время съемок выяснилось, что материализующаяся молния перед своим появлением порождает миллионы случайных радиоимпульсов, однако практически все они исходят из небольшой области размером 70 м глубоко внутри грозового облака.
Одна из теорий гласила, что разряды молний могут быть спровоцированы космическими лучами — высокоэнергичными частицами из космоса, сталкивающимися с электронами внутри облака и вызывающими тем самым электронные лавины, которые усиливают электрические поля.
Однако исследователи сумели теперь подтвердить конкурирующую теорию, согласно которой все начинается со скоплений кристаллов льда внутри облака.
Турбулентные столкновения между игольчатыми кристаллами сбрасывают часть их электронов, оставляя один конец каждого кристалла льда положительно заряженным, а другой — отрицательно заряженным. Положительный конец притягивает электроны от близлежащих молекул воздуха. Больше электронов поступает от молекул воздуха, которые находятся дальше, образуя ленты ионизированного воздуха. Ленты, в свою очередь, отходят от каждого кончика кристалла льда. Их называют стримерами.
Каждая вершина кристалла порождает целые орды стримеров, при этом некоторые из них ответвляются снова и снова. Стримеры нагревают окружающий воздух, массово отрывая электроны от молекул воздуха так, что на кристаллы льда течет больший ток. В конце концов стример становится достаточно горячим и проводящим, чтобы превратиться в лидера — канал, по которому может внезапно пройти полноценная полоса молнии. То, как именно стримеры превращаются в лидеров, — все еще остается предметом серьезных споров.
Вспышки молнии, записанные сетью радиотелескопов LOFAR.
Каждая точка соответствует местоположению радиоисточника.
Вспышка шириной 5 км выросла из небольшого участка облака диаметром в десятки метров.
Ключевая роль ледяных кристаллов согласуется с недавними выводами о том, что активность молний снизилась более чем на 10% в течение первых трех месяцев пандемии COVID-19. Исследователи связывают это с уменьшением загрязнения воздуха из-за локдауна, что привело к уменьшению количества мест появления кристаллов льда.
Зарождение молнии — это лишь первый из многих замысловатых шагов, которые молния делает на своем пути к земле. Ученые до сих пор не знают, как она множится, растет и соединяется с землей. Они надеются составить карту всей последовательности с помощью сети LOFAR. Это резко расширит наше понимание молнии и грозового процесса в целом.
За основу взят материал из: https://postnews.ru/a/17085
dostoinstvo2017.ru
Комментариев пока нет