Ученые создали модель, объясняющую, как в грозовых облаках формируется молния. Оказалось, что ключевую роль играет объединение множества плазменных каналов в единую сеть. Это способствует появлению зародыша молнии даже в относительно слабых электрических полях внутри грозовых облаков. Данные помогут при разработке новых методов защиты от молний.
Процесс зарождения молнии уже много лет остается в списке нерешенных проблем физики атмосферного электричества. Молниевые разряды нередко приводят к травмам и гибели людей, пожарам, аварийным отключениям электричества, а иногда и к крупным техногенным катастрофам. Поэтому ученые ищут способы улучшить существующие средства защиты от молний. Известно, что в грозовых облаках периодически возникают недолгоживущие холодные разряды — стримеры. Сами по себе они быстро распадаются, не превращаясь в молнию. Однако при некоторых условиях стримерные системы могут дать начало самоподдерживающемуся лидеру молнии — горячему плазменному каналу. Он формируется за счет стримеров и образует многокилометровый проводящий каркас молнии. Однако до сих пор непонятно, каким образом в облаке происходит переход от стримеров к лидеру и как формируется молниевый канал.
ФИЗИКИ ВЫЯСНИЛИ, ЧТО МОЛНИЯ ЗАРОЖДАЕТСЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МНОЖЕСТВА ОДНОВРЕМЕННО СУЩЕСТВУЮЩИХ СТРИМЕРНЫХ КАНАЛОВ
Ученые смоделировали процесс образования зародыша молнии на двух типичных высотах — на шести и девяти километрах. Зародышем молнии исследователи назвали плазменную структуру, которая нагревается за счет токов поляризации, протекающих по разрядным каналам в электрическом поле облака, и превращается в многокилометровый канал, который наблюдается во время грозы. Используя методы математического моделирования, физики выяснили, что молния зарождается в результате взаимодействия множества одновременно существующих разрядных (стримерных) каналов. Даже в слабых электрических полях, характерных для грозовых облаков, эти каналы могут сливаться в протяженные проводящие кластеры. Когда такой кластер достигает критической длины в несколько десятков метров, он становится зародышем молнии — структурой, способной к самостоятельному дальнейшему развитию за счет высокой степени поляризации.
Предложенный механизм не требует выполнения каких-либо экстраординарных условий, которые присутствуют в других существующих сегодня подходах. Полученная модель улучшит понимание процесса инициации молниевых разрядов и станет основной для совершенствования существующих средств защиты от опасного природного явления.
Дополнительные сведения
Результаты исследования опубликованы в журнале Atmospheric Research