Исследователи Института прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН) разработали модель, объясняющую процессы формирования молнии в грозовых облаках. Эти открытия могут способствовать созданию новых технологий защиты от молний. Результаты их работы, поддержанной грантом Российского научного фонда, были опубликованы в издании Atmospheric Research.
Долгое время вопрос о происхождении молний считался одной из сложных нерешенных задач в области физики атмосферного электричества. Подтверждена гипотеза, что при столкновении заряженных частиц воды в облаках возникают холодные разряды, известные как стримеры, которые обычно быстро распадаются. Однако в определенных условиях такие стримерные системы могут стать началом для образования лидера молнии, горячего плазменного канала, который прокладывает себе путь внутри облака.
Специалисты из ИПФ РАН под руководством А. В. Гапонова-Грехова разработали трехмерную численную модель, которая симулирует процесс образования зародыша молнии на высотах шести и девяти километров. В своих расчетах они учитывали напряженность электрического поля и частоту появления стримеров. Модель иллюстрирует переход от нестабильных стримеров к самоподдерживающемуся лидеру молнии.
Ученые выявили, что молния возникает благодаря взаимодействию множества разрядных каналов, которые, даже при слабых электрических полях, могут сливаться в проводящие кластеры. Такие кластеры при достижении критической длины становятся зародышами молний, способными развиваться дальше.
Научный сотрудник лаборатории нелинейной физики ИПФ РАН Артем Сысоев пояснил, что для осуществления этого перехода необходимо выполнение двух условий: объединение стримерных систем, возникающих достаточно близко и одновременно, и наличие относительно большой напряженности электрического поля. Интересно, что высоты с низким давлением воздуха требуют большей концентрации плазменных каналов для образования молнии.
Предложенный механизм, по мнению исследователей, отличается от других гипотез тем, что не требует экстремальных условий, таких как высокие напряженности внутриоблачного поля или наличие ионизирующих космических частиц. Это создает предпосылки для более реалистичного понимания природы молний.
Артем Сысоев также отметил, что понимание процессов возникновения молний может привести к усовершенствованию методов защиты от них, что особенно актуально в условиях цифровизации и широкого распространения микроэлектроники, уязвимой к молниевым разрядам.