Сотрудники Института прикладной физики имени А. В. Гапонова-Грехова РАН предложили новую численную модель, раскрывающую механизм формирования молнии в грозовом облаке. Согласно модели, ключевым фактором является объединение большого числа плазменных каналов в единую сеть. Она создает условия для появления начального участка («зародыша») молнии даже в сравнительно слабых внутриводных электрических полях, говорится на сайте Российской академии наук.
Проблема понимания механизма зарождения молнии остается актуальной уже многие годы. Она входит в десятку важнейших нерешенных вопросов физики атмосферного электричества. Ученые давно наблюдают кратковременные разряды, называемые стримерами, возникающие вследствие столкновения заряженных капель и кристаллов воды. Хотя сами по себе такие разряды непродолжительны и не приводят к формированию полноценной молнии, именно они являются основой для последующего развития устойчивого лидера молнии — горячего плазменного канала длиной в километры.
Авторы новой работы детально изучали процессы, происходящие на разных уровнях атмосферы, особенно на высоте 6 и 9 километров. Под термином «зародыш» молнии понималась особая плазменная структура, разогретая за счет токов поляризации, проходящих по разрядам, находившимся в электрическом поле облака. Она постепенно превращается в видимый многокилометровый светящийся канал. Ученые построили трехмерную численную модель процесса, учитывавшую высоту над уровнем моря, напряженность электрического поля облака и частоту появления новых стримеров. Моделируя этот процесс, специалисты продемонстрировали развитие стабильного лидера молнии из первоначально нестабильной сети стримеров.
Главным выводом стало понимание, что формирование молнии начинается благодаря взаимодействию многих одновременно существующих плазменных каналов. Даже слабые электрические поля грозовых облаков позволяют таким каналам соединяться в длинные проводящие структуры. Если такая структура достигает определенной критической длины (десятки метров), она становится начальной точкой дальнейшего роста молнии, поскольку приобретает способность поддерживать собственное расширение за счет сильного эффекта поляризации.
Для успешного запуска этого процесса необходимы два ключевых условия. Первое заключается в объединении отдельных стримерных систем, возникающих случайным образом близко друг к другу. Второе важное условие состоит в возможности роста самих стримерных каналов. Такое возможно только при достаточной величине локальной напряженности электрического поля, формирующейся как результат предыдущих зарядных процессов. Высота тоже оказывает влияние на вероятность начала молнии: в верхних слоях атмосферы, где плотность воздуха ниже, формирование молнии требует большего числа плазменных каналов.
Ранее появились первые в мире дроны, предназначенные для борьбы с молниями. Подробнее о них написано в другом материале Hi-Tech Mail.