Секрет «зарождения» молнии: российским учёным удалось понять непостижимое

Секрет «зарождения» молнии: российским учёным удалось понять непостижимое

Удары молний представляют серьезную опасность, вызывая гибель людей, возникновение пожаров, перебои в электроснабжении и масштабные техногенные катастрофы. Углубленное понимание механизмов образования молниевых разрядов позволит оптимизировать современные методы защиты от их поражающего действия. До сих пор секрет «зарождения» молнии был науке непонятен. Однако российским учёным удалось понять непостижимое и раскрыть этот секрет: специалисты из Института прикладной физики РАН представили новую математическую модель, раскрывающую процесс формирования молнии внутри грозового облака.

Согласно этой модели, ключевую роль играет объединение множества плазменных каналов в единую структуру. Это создает благоприятные условия для возникновения первичного участка молнии, даже при относительно невысокой интенсивности электрических полей внутри облака, как сообщается на сайте РАН.

N.B. Читайте также материал "Человек, «убитый» ударом молнии, рассказал, что на самом деле происходит после смерти" по данной ссылке.

Понимание механизма зарождения молнии остается актуальной научной задачей на протяжении многих лет, входя в десятку наиболее важных нерешенных вопросов в области физики атмосферного электричества. Ученые давно наблюдают кратковременные разряды, называемые стримерами, которые возникают в результате столкновений заряженных частиц воды (капель и кристаллов). Несмотря на кратковременность и неспособность этих разрядов самостоятельно сформировать полноценную молнию, они служат основой для дальнейшего развития устойчивого лидера молнии – протяженного плазменного канала, достигающего километров в длину.

В представленной работе авторы уделили особое внимание изучению процессов, происходящих на различных высотах в атмосфере, в частности на уровнях 6 и 9 километров. Под «зародышем» молнии подразумевается определенная плазменная структура, нагреваемая за счет токов поляризации, протекающих по разрядам, находящимся в электрическом поле облака. Этот «зародыш» постепенно трансформируется в видимый светящийся канал, простирающийся на многие километры. Ученые разработали трехмерную математическую модель, учитывающую высоту над уровнем моря, интенсивность электрического поля облака и частоту возникновения новых стримеров. Моделирование данного процесса позволило продемонстрировать развитие устойчивого лидера молнии из изначально нестабильной сети стримеров.

Основным выводом исследования стало понимание того, что формирование молнии начинается с взаимодействия множества одновременно существующих плазменных каналов. Даже при невысокой напряженности электрического поля в грозовом облаке эти каналы способны объединяться в протяженные проводящие структуры. При достижении определенной критической длины (порядка десятков метров), такая структура становится отправной точкой для дальнейшего развития молнии, благодаря способности поддерживать собственное расширение за счет выраженного эффекта поляризации.

Для успешного запуска этого процесса необходимы два ключевых фактора. Во-первых, объединение отдельных стримерных систем, возникающих случайным образом в непосредственной близости друг от друга. Во-вторых, возможность роста самих стримерных каналов, что возможно только при достаточной величине локальной напряженности электрического поля, создаваемой предыдущими процессами зарядки. Высота также влияет на вероятность зарождения молнии: в верхних слоях атмосферы, где плотность воздуха ниже, для формирования молнии требуется большее количество плазменных каналов.