Ученые из Института прикладной физики РАН впервые смогли построить детальную модель возникновения не видимых невооруженным глазом ступеней и ветвлений молнии. Алгоритм позволит лучше понять это природное явление и разработать улучшенные способы защиты от него.
Молния - гигантский электрический искровой разряд в атмосфере. Ток в разряде молнии достигает 10—100 тысяч ампер, напряжение - миллионов вольт.
Основной ущерб от таких разрядов приходится на электросети. Например, в 2011 году взрыв трансформатора в результате удара молнии в Ирландии стал причиной сбоя в работе дата-центров Microsoft и Amazon. Огромный ущерб, как в плане человеческих жертв, так и в экономическом, молнии наносят, когда попадают в склады горючих материалов.
Чтобы уберечься от столь страшного природного явления, необходимы способы защиты от них. Для их разработки необходимо лучше понять динамику молниевых разрядов и их физические характеристики.
- Ранее российские исследователи выяснили, что зарождение молнии в облаке начинается со столкновений гидрометеоров (жидких и твердых частиц воды), которые создают основу для возникновения сначала холодных, слабо проводящих искровых пробоев - стримеров, - а потом горячего, хорошо проводящего плазменного канала. Создавшийся таким образом канал называется лидером молнии (может быть положительным - 10% или отрицательным - 90%).
Согласно наблюдениям, отрицательные лидеры молнии, в отличие от непрерывно растущих положительных, всегда распространяются скачкообразно, резко увеличивая свою длину в моменты образования новых ступеней. Сегодня опубликовано множество исследований, посвященных высокоскоростной съемке отрицательных лидеров молнии, но природа появления его ступеней до сих пор оставалась непонятной. Непонятно также было формирование пространственных лидеров — каналов, которые срастаются с основным, исходя из разных областей пространства, как будто из ниоткуда.
Исследователи из ИПФ РАН в Нижнем Новгороде создали численную модель, которая смогла объяснить, почему отрицательный лидер молнии распространяется ступенчато.
При слиянии отрицательного и положительного каналов создается новая ступень, которая увеличивает канал отрицательного лидера. Несколько пространственных лидеров заставляют основной канал ветвиться. При этом создание каждой новой ступени заканчивается мощной вспышкой короны отрицательных стримеров, которые растут из «головы» отрицательного лидера. В процессе вспышки короны основного лидера перед его «головой» наблюдается неравномерное распределение отрицательного заряда. Согласно расчетам российских исследователей, возникновение пространственных лидеров вызвано усилением электрического поля, которое происходит под влиянием этого распределения. Таким образом, процесс формирования ступени замыкается в цикл.
Источник: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2019JD031360
Уважаемые друзья, ставьте лайки, делитесь комментариями. Общение с умными людьми всегда приятно.
