Молния — одно из самых впечатляющих и загадочных природных явлений на Земле. Вид молнии, освещающей темное небо в сопровождении оглушительного раската грома, веками очаровывал людей. Одной из наиболее отличительных особенностей молнии является ее зигзагообразный рисунок, но чем обусловлена эта характерная форма?
Недавние исследования дали некоторое представление об этом вопросе, и ученые обнаружили, что зигзагообразный рисунок вызван формой кислорода с высокой проводимостью, которая накапливается по мере того, как стрела движется к земле. В исследовании, опубликованном в декабре 2022 года в журнале Journal of Physics D: Applied Physics, группа исследователей во главе с физиком Джоном Лоуком из Университета Южной Австралии предполагает, что эта форма кислорода с высокой проводимостью отвечает за зигзагообразный характер молнии.
В исследовании объясняется, что молнии предшествуют «лидеры» ионизированного (электрически заряженного) воздуха, которые ответвляются от нижней части грозового облака и слишком слабы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. Эти лидеры, а не последний разряд молнии, образуют ступенчатый рисунок молнии. Лидеры создают области с высокой концентрацией особой формы высокопроводящего кислорода, называемого «синглетным дельта-кислородом», то есть молекул кислорода с более низким, чем обычно, энергетическим состоянием. Каждый «зиг» (или «заг») лидера вызван разрядом электрического заряда в такой области.
Мощные магнитные поля последней ступени почти мгновенно создают дополнительные молекулы синглетного дельта-кислорода из обычных молекул кислорода в атмосфере, и концентрации этого кислорода с высокой проводимостью могут разветвляться во всех направлениях от места окончания ступени. Лидер разряжается через последовательные шаги примерно за миллионную долю секунды, за каждым из которых следует мимолетный «темный» период, когда на фотографиях вообще не видно заметного разряда, и, наконец, ударяется о землю или связанный с ней высокий объект. Результатом этого удара является видимый (и очень громкий) «обратный удар» молнии в течение примерно одной тысячной секунды, возвращающийся по зигзагообразному пути высокопроводящего синглетного дельта-кислорода. Остальные лидеры в этот момент теряют заряд и исчезают.
Лучшее понимание того, как работает молния, может помочь строениям и людям пережить грозу. Например, в информировании о размещении громоотводов на высоких объектах, таких как здания, радиомачты и надстройки кораблей. Хотя теперь ученые предполагают, что молния — это статическое электричество, создаваемое движением частиц льда в грозовых облаках, но это не точно. Несмотря на прогресс, достигнутый в понимании механизмов молнии, многие вопросы об этом природном явлении остаются без ответа.
Изучение молнии — это постоянно развивающаяся область, и исследователи продолжают работать над раскрытием секретов этого мощного и завораживающего природного явления. Между тем, зигзагообразный рисунок молнии остается одной из многих увлекательных загадок мира природы и напоминанием о её невероятной силе и сложности.
