Молния как физическое явление
Механизм образования молнии
Для формирования молнии необходимо возникновение и разделение положительных и отрицательных зарядов в грозовом облаке. При движении воздуха за счет конвекции различные воздушные потоки и облака в результате соприкосновения электризуются. Положительно заряженные капли воды и льдинки поднимаются, заряжая верхнюю часть грозового облака, а отрицательно заряженные оказываются внизу того же облака. Между двумя облаками, а также между облаками и землей возникает мощное электрическое поле. Рассмотрим последний случай.
Молния между облаком и землей
Молния — это электрический разряд в атмосфере, сопровождающийся вспышкой света и последующим громом. Светящийся канал разряда напоминает разветвляющуюся реку или дерево. Ее возникновению предшествует образование проводящего канала для разряда молнии в виде ломаной линии, так называемого ступенчатого лидера. Длина каждой такой «ступеньки» — около 50 м. На таком отрезке электроны под действием сильного электрического поля между тучей и землей разгоняются до скоростей порядка 50 000 км/с! Ионизировав огромное количество атомов, первичные электроны теряют энергию и тормозятся.
Зато вновь образовавшиеся электроны быстро разгоняются до столь же высоких скоростей, и возникает следующее звено лидера. И так продолжается до тех пор, пока он не достигнет земли.
Облако и земля оказываются соединенными проводящим каналом, содержащим громадное количество носителей заряда. Иными словами, это проводник электрического тока. Теперь электроны нижней части тучи могут свободно сигануть вниз, на землю. Происходит как бы короткое замыкание между тучей и поверхностью земли — мощный электрический разряд, то есть бьет молния. Когда весь отрицательный заряд этой части тучи сбегает по такому каналу вниз, молния исчезает. Вспышка длится десятые доли секунды. Но бывают случаи, когда после первой молнии по тому же каналу бежит новый лидер — происходят второй разряд и вспышка молнии. Интервалы между последовательными импульсами очень коротки, от 1/100 до 1/10 с. Число таких повторных вспышек может доходить до 40.
Молния между облаками
Готовим молнию
Мы и сами можем смоделировать молнию, пусть и миниатюрную.
Опыт следует проводить в темном помещении, иначе ничего не будет видно. Нам потребуется два продолговатых воздушных шарика. Надуем их и завяжем. Затем, следя, чтобы шарики не соприкасались, одновременно натрем их шерстяной тряпочкой. Воздух, наполняющий их, наэлектризуется. Если шарики сблизить, оставив между ними минимальный зазор, то от одного к другому через тонкий слой воздуха начнут проскакивать искры, создавая световые вспышки. Одновременно мы услышим слабое потрескивание — миниатюрную копию грома при грозе.
Мы проводники!
Человеческое тело является хорошим проводником. Его мускулы и кровеносные сосуды в значительной степени состоят из воды, а нервы способны переносить электрические сигналы. Интересно, что 86% жертв молний — мужчины. То ли у них физиология особенная, то ли они бывают на свежем воздухе чаще женщин, проводящих большую часть жизни дома.
Человек имеет значительные шансы выжить при ударе молнии в него. Конечно, температура во время разряда очень высока, но длится он обычно недолго и не всегда приводит к серьезным ожогам.
Основной ток молнии часто проходит по поверхности тела, поэтому большинство пораженных молнией людей не умирают.
Интересные факты о молниях
- Средняя длина молнии — 2,5 км. Некоторые разряды простираются в атмосфере на расстояние до 20 км.
- Молнии также были зафиксированы на Венере, Юпитере, Сатурне и Уране. Молнии Сатурна в 1 млн раз сильнее земных.
- Воздух в зоне канала молнии практически мгновенно разогревается до температуры 25 000—30 000°С.
- От удара молнии в мире в среднем погибает около 3000 человек ежегодно.
- Из деревьев молнией чаще всего поражаются тополя (27%), груши (20%), липы (12%), ели (8%), а кедровые составляют только 0,5%.
Поделиться ссылкой
МОЛНИЯ (явление) | это… Что такое МОЛНИЯ (явление)?
МОЛНИЯ (явление)МО́ЛНИЯ, гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, сопровождающийся обычно яркой вспышкой света и громом (см. ГРОМ). Чаще всего наблюдаются линейные молнии — разряды между грозовыми облаками (см.
ОБЛАКА) (внутриоблачные) или между облаками и земной поверхностью (наземные).Процесс развития наземной молнии состоит из несколько стадий. На первой стадии в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными электронами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с атомами воздуха, ионизуют их. Таким образом, возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов — стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью — ступенчатому лидеру молнии. Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью около 5·10
Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 2·105 м/с. По мере продвижения лидера к земле напряженность поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Эта особенность молний используется для создания молниеотвода (
Главный разряд разряжает нередко только часть облака. Заряды, расположенные на больших высотах, могут дать начало новому (стреловидному) лидеру, движущемуся непрерывно со средней скоростью 106 м/с. Яркость его свечения близка к яркости ступенчатого лидера. Когда стреловидный лидер доходит до поверхности земли, следует второй главный удар, подобный первому. Обычно молния включает несколько повторных разрядов, но их число может доходить и до нескольких десятков. Длительность многократной молнии может превышать 1 секунду. Смещение канала многократной молнии ветром создает «ленточную» молнию — светящуюся полосу.
Прохождение молний сопровождается изменениями электрических и магнитных полей и радиоизлучением — атмосфериками (Особый вид молний — шаровая молния (см. ШАРОВАЯ МОЛНИЯ), светящийся сфероид, обладающий большой удельной энергией, образующийся нередко вслед за ударом линейной молнии.
Молния
Молния — это электрический заряд или ток. Оно может прийти с облаков на землю, с облака на облако или с земли на облако.
Молния — продукт атмосферы планеты. Капли дождя высоко в небе превращаются в лед. Когда множество маленьких кусочков этих замерзших капель дождя сталкиваются друг с другом в грозовом облаке, они создают электрический заряд. Через некоторое время все облако наполняется электрическим зарядом. Отрицательные заряды (электроны) концентрируются в нижней части облака. Положительные и нейтральные заряды (протоны) и нейтральные заряды (нейтроны) собираются в верхней части облака.
Отрицательные и положительные заряды притягиваются друг к другу. Грозовые облака полны электрических зарядов, соединяющихся друг с другом. Эти соединения видны как молнии.
На земле под отрицательными зарядами облака накапливаются положительные заряды. Положительный заряд на земле концентрируется вокруг всего, что выступает или торчит вверх, например, деревьев, телефонных столбов, травинок и даже людей. Положительные заряды от этих объектов поднимаются выше в небо. Отрицательные заряды в грозовом облаке опускаются ниже.
В конце концов, они соприкасаются. Когда они соприкасаются, между двумя зарядами возникает молния.
Это соединение также создает гром. Гром — это просто шум, который производит молния. Громкий гул вызван жаром молнии. Когда воздух становится очень, очень горячим, тепло заставляет воздух взрываться. Поскольку свет распространяется намного быстрее звука, вы увидите молнию раньше, чем услышите гром.
Чтобы определить, насколько далеко гроза, начните считать секунды, как только увидите молнию. Остановитесь, когда услышите гром. Число, которое вы получите, разделив его на пять, примерно равно количеству миль от бури. Например, если вы видите молнию и набираете 10 до того, как слышите гром, гроза находится примерно в двух милях (3,2 километра) от вас.
Молниезащита
Все грозы и грозы опасны. Молния очень, очень горячая — горячее, чем поверхность солнца. Она может достигать 28 000 градусов по Цельсию (50 000 градусов по Фаренгейту). Молния чаще поражает объекты, торчащие из земли, в том числе людей.
В США молния ежегодно убивает в среднем 58 человек. Это больше смертей, чем вызвано торнадо и ураганами.
Если вы слышите гром или видите молнию, вы можете быть в опасности. Если вы слышите гром, буря рядом. Войдите в безопасное место. Держитесь подальше от открытых мест, таких как поля, и высоких объектов, таких как деревья или телефонные столбы. Также держитесь подальше от чего-либо металлического, например, заборов из сетки-рабицы, велосипедов и металлических навесов. Поскольку вода является отличным проводником электричества, вам следует выходить из бассейна, если вы плаваете, и держаться подальше от луж и любой другой воды. Если вы находитесь в месте, где нет укрытия, присядьте низко к земле, но не ложитесь плашмя. Если вы находитесь в группе, стойте на расстоянии не менее пяти метров (15 футов) от всех остальных.
Быстрый факт
Смазанная молния
Смазанная молния — это описание чего-то очень быстрого и очень мощного. Но даже самые скользкие вещества, вроде смазки, на настоящую молнию, конечно же, не нанесут!
Краткий факт
Имперская молния
Молния поражает легендарный американский Эмпайр-стейт-билдинг в Нью-Йорке примерно 100 раз в год.
Краткий факт
Создайте свою собственную молнию
Тот же процесс, что создает молнию, можно испытать дома. Потрите ноги о ковер, затем коснитесь металлической дверной ручки. Вы чувствуете шок? Это статическое электричество. Статическое электричество возникает, когда в объекте слишком много электронов, что придает ему отрицательный заряд. Отрицательный заряд вашего тела притягивает положительный заряд металла дверной ручки. Это менее опасная версия отрицательных зарядов в грозовом облаке, притягивающих положительный заряд в земле под ним.
Аудио и видео
Канал National Geographic: Исследователь — поражен молнией
Изображения
National Geographic Science: Фотографии: шлейф вулкана Чили взрывается молнией
Статьи и профили
National Geographic Environment: Make Lightning 90 00 Red Молния: наука, стоящая за феноменом погоды
Когда вы совершаете покупку по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию.
Вот как это работает.
Красная молния, также известная как «спрайт», представляет собой интригующее погодное явление, связанное с некоторыми очень сильными грозами. В то время как обычная вспышка молнии распространяется вниз от облаков к земле, спрайт выстреливает в верхние слои атмосферы.
Тем не менее, красная молния длится всего миллисекунду или около того, что затрудняет наблюдение и изучение. Вот взгляд на то, что ученые уже узнали об этом явлении.
Связанный: Космическая погода: что это такое и как ее предсказывают?
Что такое спрайты молнии?
Учитывая их неуловимую природу, “спрайт” является подходящим названием, хотя на самом деле это аббревиатура, расшифровывающаяся как: Стратосферные возмущения, вызванные интенсивной грозовой электрификацией. Как и обычная молния, красная молния вызывается накоплением электрического заряда в облаках, но в этом случае избыточный заряд выбрасывается в ионосферу — около 50 миль (81 км) вверх, а не на землю.
Спрайты обычно красного цвета и могут варьироваться по форме от медузы до моркови. По сравнению с обычной вспышкой молнии они могут быть огромными, часто достигая 30 миль (48 км) в поперечнике.
Красные духи над пустыней Атакама, Чили. Это изображение было получено 3,6-метровым телескопом Европейской космической обсерватории (ЕКА) в 2019 году. (Изображение предоставлено Зденеком Бардоном (bardon.cz)/ESO) легко наблюдать с земли, так как происходит высоко над облачным слоем. Его можно более четко наблюдать с высотных самолетов, в том числе со специально оборудованных исследовательских самолетов, а также его наблюдали астронавты на Международной космической станции. Красная молния — не единственное явление в верхних слоях атмосферы, которое может быть вызвано грозой. Другие примеры, известные под общим названием «Переходные световые события» или TLE, включают голубые струи, которые представляют собой оптические выбросы из центральной области грозы, и «эльфов» (излучение света и очень низкочастотные возмущения из-за источников электромагнитных импульсов), которые быстро расширяющиеся дискообразные области свечения.
Спрайты красных молний в космосе
Иллюстрация НАСА, показывающая, как может выглядеть спрайт в атмосфере Юпитера. (Изображение предоставлено НАСА/JPL-Caltech/SwRI)Подобно многим погодным явлениям, красная молния в принципе может возникать и на других планетах, имеющих атмосферу, а не только на Земле . Известно, например, что обычная молния — обычное явление в атмосфере Юпитера с тех пор, как зонд НАСА Вояджер-1 пролетел мимо планеты-гиганта в 1979 году. Исследователи из Тель-Авивского университета в 2011 году провели эксперимент, чтобы проверить, могут ли они произойти на Юпитере, соседнем с ним газовом гиганте Сатурне и нашей собственной соседней Венере.
Они воссоздали атмосферы этих планет в своей лаборатории и пропустили через них электрические разряды. Они обнаружили, что при правильных условиях спрайты могут формироваться на всех трех планетах. В случае Юпитера теория была окончательно подтверждена в 2020 году, когда наблюдения с космического корабля НАСА «Юнона» показали, что и спрайты, и эльфы действительно встречаются в верхних слоях атмосферы планеты.
Наблюдение за спрайтами из космоса
Первое цветное изображение спрайта, полученное в 1994. (Изображение предоставлено НАСА/Университетом Аляски)Неофициальные сообщения о явлениях, похожих на молнии, происходящих над грозами, восходят к 19 веку, но это было только в 1950-х годах, когда с авиалайнеров наблюдались красные молнии, и предварительные физические теории были описаны, что она вошла в научный оборот.
Первая фотография спрайта была сделана случайно в 1989 году, когда команда из Университета Миннесоты зафиксировала восходящую вспышку от верхушек облаков во время тестирования телекамеры при слабом освещении.
В течение следующих нескольких лет видеозаписи, сделанные астронавтами на космическом челноке, зафиксировали еще несколько примеров, поставив явление на гораздо более прочную основу для наблюдений.
Дополнительные ресурсы
Для получения дополнительной информации о погодных явлениях см. «Введение в космическую погоду (открывается в новой вкладке)» Марка Молдвина и «Основы космической погоды» (открывается в новой вкладке) Джорджа В.
Хазанова.
Библиография
- Меган Гамбино, «Ученые делают редкие фотографии красной молнии (открывается в новой вкладке)», журнал Smithsonian, август 2013 г.
- Кристин Де Абре, «Чудеса природы: Sprite Lightning », ExplorersWeb, январь 2022 г.
- University of Alaska, «Red Sprites, Blue Jets and Elves », по состоянию на июль 2022 г.
- Дебора Берд, «Что такое спрайты молнии? (открывается в новой вкладке)», EarthSky, август 2020 г.
- НАСА, «Юнона разгадывает 39-летнюю тайну молнии Юпитера (открывается в новой вкладке)», июнь 2018 г.
- Джереми Томас, “UW Sprite Balloon Experiment 2002 “, Вашингтонский университет, октябрь 2002 г.
- EarthSky, «Юпитер, Сатурн и Венера тоже могут иметь спрайты молнии (открывается в новой вкладке)», июль 2012 г.
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: community@space.