Охота за шаровой молнией. Учёные пытаются объяснить загадочное явление | Наука | Общество
Несмотря на многовековую историю науки, в природе планеты Земля остаются явления, которые всё ещё представляют загадку для учёных. Одно из них — шаровая молния.
Об этом удивительном феномене, который обычно возникает во время грозы, выглядит как светящееся и плавающее в воздухе образование, способное перемещаться по непредсказуемой траектории, исследователи до сих пор знают крайне мало. А есть и те, кто считает его выдумкой или, на худой конец, оптической иллюзией, галлюцинацией впечатлительных людей.
Когда это похоже на магию
Первым учёным, который взялся собрать и систематизировать случаи наблюдения шаровых молний, был французский физик и астроном Франсуа Араго. Книгу, в которой описано 30 случаев появления светящихся сгустков, он издал в половине XIX века. Араго не сомневался, что феномен связан с электричеством, но тогда многие его коллеги предполагали, что это либо оптическая иллюзия, либо явление иной, неэлектрической природы.
Время шло, накапливалась статистика. Не замечать её было бы странно, тем более что огромное количество информации поступало от военных — людей, которым можно доверять. В годы Второй мировой войны огненные шары, двигавшиеся по необычной траектории, часто замечали пилоты (такие объекты стали называть Foo fighters), о них сообщали моряки и даже подводники, которые наблюдали маленькие шаровые молнии в замкнутом пространстве субмарин при включении или выключении аккумуляторов и электромоторов.
Шаровая молния на гравюре XIX века. Фото: Public Domain
Учёный предполагает, что шаровая молния, возможно, не проходит сквозь стекло, а порождает своим электрическим полем аналогичный объект по другую сторону преграды. Если это так, то это прямо-таки похоже на магию.Иногда встреча с огненным «гостем» завершается взрывом. Таких случаев тоже описано много. Скажем, в 2008 году кондуктор троллейбуса в Казани спасла пассажиров от залетевшей в окно шаровой молнии. Она отбросила её в свободную часть салона с помощью валидатора, и тут же прогремел взрыв. Троллейбус вышел из строя, но люди не пострадали.
Наконец, есть огромное количество свидетельств, когда шаровая молния убивала людей или животных. И даже устраивала что-то вроде охоты — гналась за пытавшейся скрыться жертвой и, догоняя, поражала её электрическим разрядом либо взрывом.
Солнце в миниатюре
На протяжении десятилетий учёные ограничивались сбором рассказов очевидцев и анализом статистики. Ставить эксперименты, пытаясь воспроизвести шаровую молнию в лаборатории, не спешили: во-первых, непонятно, как это сделать, во-вторых, это было небезопасно, в-третьих, не имело очевидной прикладной значимости.
Первым, кто занялся практическим изучением феномена, был Никола Тесла. Легендарный физик и инженер, который был с электричеством на «ты», оставил упоминания, что при определённых условиях наблюдает у себя в лаборатории сферические светящиеся разряды. Правда, таких записок немного. А некоторые очевидцы утверждали, что Тесла даже мог брать шаровые молнии в руки и прятать их в коробки, закрывая крышкой, а потом вновь доставать.
Но это, конечно, байки. Подлинный научный интерес к явлению возник в 1950-х, когда начались работы в области физики плазмы и её прикладных применений. Учёные хотели (и до сих пор хотят) во что бы то ни стало добиться стабилизации плазмы — состояния вещества, в котором на протяжении миллиардов лет живут звёзды, включая наше родное Солнце, а сделать это архисложно. Поскольку шаровая молния похожа на сгусток плазмы и способна автономно существовать десятки секунд, на явление обратили внимание маститые физики. Среди них был, например, 
Он смог получить сферический газовый разряд в среде гелия, а в 1955 году опубликовал статью «О природе шаровой молнии». Знаменитый советский учёный рассматривал версию о подпитке шаровой молнии энергией извне. И видел в ней прообраз управляемого термоядерного реактора.
Сейчас феномену посвящены тысячи экспериментов и теоретических работ. В лабораторных условиях не раз удавалось получить нечто шарообразное и светящееся, правда, так и остаётся неясным, тождественны ли эти объекты тем, что возникают во время грозы в атмосфере и пугают очевидцев одним своим видом.
«То, что получается во всех этих экспериментах, конечно, не шаровая молния, а просто что-то на неё похожее, — рассуждает Александр Григорьев. — Такие объекты принято называть „долгоживущими плазменными образованиями“. Долгоживущие они по сравнению с обычным ионизированным воздухом, который при этом объёме прекратил бы свечение за микросекунды».
Учёный приводит примеры. Светящиеся шарообразные объекты диаметром 20–30 сантиметров, живущие около секунды, получали из разрядной плазмы во Владимирском государственном университете.
В Петербургском институте ядерной физики РАН их стабильно производят при существенно меньших токах и на совсем простом оборудовании. Но время жизни всех этих плазмоидов очень мало, как и их энергия: её не хватает даже на то, чтобы прожечь газету. Какие там погони за несчастными жертвами? Какие убийства и пожары?
В прошлом году очередное плазменное образование удалось получить команде финских и американских специалистов. Они использовали два противоположно направленных потока электронов, в результате чего в лаборатории возник электромагнитный «узел» в форме шара. Эксперимент сняли на видео, а ролик разместили в Сети. Но учёные сами признают, что это была не шаровая молния, а некий «квантовый магнитный вихрь», свойства которого лишь похожи на свойства шаровой молнии. Ну и жил этот лабораторный «продукт», опять же, недолго.
Лучше не в лаборатории, а на полигоне
Таким образом, объём накопленных сведений о шаровой молнии (прежде всего, наблюдений) велик, а понимания, что это такое, откуда берётся и как устроено, по-прежнему нет.
Вопрос о природе явления остаётся открытым: общепризнанной физической теории его возникновения и протекания до сих пор не представлено, ни одной опытной установки, на которой оно искусственно воспроизводилось бы в полном соответствии с описаниями очевидцев, не создано.
«У каждого своя точка зрения, есть разные гипотезы и модели. Я считаю, что шаровая молния состоит из электронов и ионов элементов, входящих в состав воздуха, — рассказывал в интервью порталу „Научная Россия“ старший научный сотрудник Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН, доктор физико-математических наук Михаил Шматов. — Многие интересуются шаровой молнией, но при этом есть специалисты по физике плазмы, которые ничего не знают об этом объекте. Почему же до сих пор не удалось однозначно установить её природу? Одна из основных проблем заключается в отсутствии достаточно широкомасштабных и хорошо финансируемых исследований в этой области».
Учёный обращает внимание, что изучение шаровой молнии на самом деле может иметь важное прикладное значение.
Исследование плазмы и возможности её удержания необходимо для создания того самого реактора управляемого термоядерного синтеза, о котором мечтал Пётр Капица. А такая установка позволит человечеству овладеть новым видом энергии — дешёвой, безопасной и неисчерпаемой.
Так можно ли создать шаровую молнию в лабораторных условиях? Правильнее было бы проводить такие эксперименты не в лаборатории, а на полигоне. Дело в том, что это природное явление связано с грозовой активностью атмосферы и сопровождается гигантскими характеристиками электрического потенциала и напряжения. «При определённых условиях мы можем уйти в диапазон нескольких сот миллионов вольт, а возможно, даже до нескольких миллиардов. Поэтому работы лучше проводить в полигонных условиях, — объясняет Михаил Шматов. — Подобные эксперименты в США проводились как минимум два раза — с попыткой использования молний, инициируемых ракетами, тянущими за собой проволоку. Правда, пуск ракеты — серьёзная вещь, это очень дорогое и опасное занятие».
Это не отменяет и более простые эксперименты, без запуска дорогих и опасных ракет. Учёные уже хорошо представляют, при каких условиях в природе возникают шаровые молнии. Такую обстановку можно воспроизвести в лаборатории, дождаться появления плазменного образования и изучить его доступными современной науке методами.
Молния – природное явление. Описание, виды, опасность.
Молния – одно из самых завораживающих и зрелищных природных явлений в природе. Молния — это электрический разряд, возникающий из-за дисбаланса между облаками и поверхностью Земли. Фактически, большинство молний происходит внутри самих облаков.
- Природа молнии. Описание
- Опасность молнии
- Виды молний
- Что такое шаровая молния
Удары молнии не только зрелищны, но и опасны для человека. Ежегодно в мире от молнии умирает около 2000 человек.
Внутри грозового облака находятся миллионы ледяных кристаллов, которые сталкиваются друг с другом, эти постоянные столкновения вызывают разделение электрических зарядов. Таким образом, положительные заряды, представленные протонами, размещаются в верхней части облака. В свою очередь, отрицательные заряды, то есть электроны, движутся к основанию кластера.
Но когда дело доходит до электромагнитных полярностей, вы должны помнить, что противоположности притягиваются, и в то время как в облаках отрицательные заряды располагаются в их нижних частях, на земле также постоянно накапливаются электромагнитные заряды.
На земле положительно заряженные протоны концентрируются практически во всем, это могут быть горы, деревья и даже люди.
Поскольку воздух не является хорошим проводником электричества, накопление зарядов должно быть очень большим, чтобы электрическое поле было достаточно сильным для образования молнии. Когда это происходит, между облаком и поверхностью начинает формироваться канал ионизированного воздуха.
Заряды взаимно притягиваются друг к другу до тех пор, пока путь не замкнется и между поверхностью и облаком не произойдет быстрый обмен зарядами. Металлические и заостренные элементы, если они соединены с землей, накапливают больше заряда и поэтому становятся предпочтительными точками удара молнии.
Хотя тоже часто бывает и так, что молния бьет от тучи к туче. Другими словами, вместо того, чтобы их заряды взаимодействовали с земной поверхностью, они взаимодействуют между теми же скоплениями облачных образований.
Почему звучит гром?Гром — это акустический эффект молнии, возникающий из-за того, что нагрев от молнии вызывает волну ультразвукового давления.
Когда воздух вдоль канала молнии нагревается до таких высоких температур, он быстро расширяется и сжимается, вызывая знакомый раскат грома. Буквально можно сказать, что молния разрывает воздух на своем пути.
Может ли молния ударить, если не грянет гром?
Ответ в том, что это невозможно, гром — это прямое следствие молнии. Если мы видим молнию, но не слышим грома, то только потому, что разряд находится очень далеко.
Может ли молния ударить, если не идет дождь?
Хотя удары молнии часто связаны с грозами, которые приносят дождь, может случиться так, что дождя не будет, а будет гроза без осадков. Это явление, известное как сухая буря, возникает из-за того, что дожди не обильны и испаряются, не достигнув земли.
Иногда сухие бури несут в себе опасность для людей, находящихся на открытом воздухе, поскольку дождя нет, они могут не принять во внимание опасность ударов молнии. В этом смысле следует отметить, что многие из смертей, вызванных ударами молнии, происходят до прихода грозы, сопровождаемой дождем, или когда дождь прекратился, опять же потому, что они считают, что они вне опасности.
Они также представляют большую опасность лесных пожаров.
Не следует также забывать о том, что молния ударяет в Землю с большой силой и без должной защиты может представлять значительную опасность для людей, животных, зданий и электрического и электронного оборудования.
Однако есть много интересных неизученных фактов о молнии. Общеизвестно, что металлические и заостренные формы притягивают молнии (отсюда и молниеотводы имеют такую форму). Но так ли это?
Если говорить о величинах, молнии достигают действительно поразительных цифр: пики тока в 200 000 ампер и заряд в десятки кулонов при напряжении в сотни миллионов вольт. Если сравнивать с бытовыми значениями, то в электроустановке у нас обычно 250В и ток порядка 1 ампер. Если через человеческое тело пройдет ток силой около одного ампера, это вызовет очень серьезные ожоги и будет означать высокий риск смерти. Хотя надо учитывать, что волна молнии очень быстрая, поэтому есть люди, которым удается пережить удар молнии.
Молнии наносят значительный ущерб и убытки во всем мире, особенно в летние месяцы в районах с наибольшей частотой гроз. Подсчитано, что каждый день происходит около 2000 активных гроз и примерно 40 ударов молнии в секунду поражают Землю, что составляет в общей сложности около 1200 миллионов ударов молний в год. Некоторые исследования показывают, что из-за изменения климата и загрязнения может увеличиться количество гроз.
Удары молнии вызывают повреждения конструкций, электросети и оборудования в домах, которые не защищены должным образом.
Только в Соединенных Штатах страховщики ежегодно выплачивают около 800 миллионов долларов за ущерб, нанесенный молниями жилой недвижимости. В среднем, каждая страховая выплата составляет примерно 7000 долларов США.
Чаще всего последствия от ударов молний следующие:
- Пожар
- Разрушение конструкции дома
- Поломка бытовых приборов и другого электрооборудования
В домах все чаще используются электронные устройства, чрезвычайно чувствительные к переходным перенапряжениям, вызванным ударами молнии.
В сфере промышленности грозовой разряд может иметь более серьезные последствия, чем в частном доме. Воздействие молнии представляет опасность для рабочих, для хранения горючих материалов или для электронного оборудования, которое может быть повреждено перенапряжениями, вызванными электрическим разрядом.
По этим причинам крайне важно установить эффективную высокотехнологичную систему молниеотводов, которая гарантирует адекватную защиту и безопасно отводит электрический разряд в систему заземления. Эта защита особенно важна в отраслях промышленности, расположенных далеко от городских центров, поскольку, находясь в изоляции, они не получают защиты, которую могли бы обеспечить другие более высокие здания.
Кроме того, при наличии на производствах сложных электронных устройств, управляющих механизмами, очень важно использовать устройства защиты от перенапряжений, защищающие от перенапряжений, вызванных током молнии в электрической сети.
Аварии на производствах, вызванные ударом молнии, могут иметь серьезные последствия:
- Производственные несчастные случаи рабочих
- Останов производства или услуг, которые приводят к экономическим потерям
- Повреждения электронного оборудования
- Потеря данных и сбои связи
- Повреждение инфраструктуры
- Пожары
В настоящее время в Землю ежегодно ударяет около 25 миллионов молний. Что касается частоты ударов молнии, некоторые исследования показывают, что тепло и повышение температуры связаны с электризацией облаков. На самом деле, известно, что грозы чаще случаются в летние месяцы.
Но может ли глобальное потепление действительно вызвать увеличение количества ударов молнии? Имеются ли данные, подтверждающие связь между загрязнением и молнией?
Недавние исследования показывают, что в ближайшие годы количество ударов молнии увеличится.
Чем выше температура, тем выше частота молний: Группа исследователей из Калифорнийского университета в Беркли под руководством ученого Дэвида Ромпса недавно опубликовала результаты своего исследования.
Расследование проводилось в США, собирая и соотнося данные, предоставленные Национальной сетью обнаружения молний NLDN (Национальная сеть молний США) за год. В результате проведенного анализа они пришли к выводу, что количество молний увеличивается примерно на 12% на каждый градус повышения глобальной температуры воздуха.
По мнению исследователей, если повышение температуры продолжится нынешними темпами, к концу 21 века мы можем столкнуться с молниями на 50% чаще, чем сегодня.
Виды молнийКак мы упоминали ранее, существуют разные типы молний, которые имеют определенные характеристики. Наиболее распространенной молнией является та, которая наиболее часто наблюдается и известна под названием полосовой молнии. Это видимая часть трассировки луча. Большинство из них происходят внутри облака, поэтому их нельзя увидеть. Давайте посмотрим, какие бывают основные виды молний:
Линейная молния (из облака в землю)Это самая известная и вторая по распространенности молния.
Из всех видов молнии эта представляет наибольшую угрозу жизни и имуществу. Молния «облако-земля» представляет собой разряд между кучево-дождевым облаком и землей.
Это тип молний, идущих от облака к земле, которые, разбиваются на цепочку коротких ярких участков, которые длятся дольше, чем обычный разряд. Это явление относительно редкое.
Для объяснения этого было предложено несколько теорий. Во-первых, наблюдатель видит части хвоста канала молнии, и эти части кажутся особенно яркими. В кордонном луче ширина канала неодинакова. По мере того как канал молнии остывает и угасает, более широкие участки остывают медленнее и остаются все еще видимыми, похожими на нитку жемчуга и редко поднимающимися в небо, распространяя свет по лучу.
Staccato LightningЭто еще один тип молний, идущих от облака к земле и имеющих короткую продолжительность, которая выглядит как одиночная вспышка. Обычно они очень яркие и имеют значительные разветвления.
Это название молнии, падающей от облака к земле, которая демонстрирует разветвление на своем пути.
Молния от земли до облакаМолния «земля-облако» представляет собой разряд между землей и кучево-дождевым облаком, который инициируется начальным ударом вверх. Это случается гораздо реже, чем молния от облака к земле. Этот тип молнии образуется, когда отрицательно заряженные ионы поднимаются от земли и встречаются с положительно заряженными ионами в кучево-дождевых облаках. Затем молния возвращается на землю в виде следа.
Молния от облака к облакуЭтот тип молнии может возникать между областями облаков, которые не соприкасаются с землей. Когда это происходит между двумя отдельными облаками.
Это называется межоблачной молнией, а когда она возникает между зонами с разным электрическим потенциалом внутри одного облака, ее называют внутриоблачной молнией. Внутриоблачные молнии — это тип, который встречается наиболее часто.
В 1960 году на втором ежегодном собрании Отдела физики плазмы Американского физического общества было обнародовано исследование, в котором говорилось, что 5% населения мира видели эти шаровидные молнии. Это аналогично числу людей, видевших обычную молнию с близкого расстояния.
Вы можете увидеть много фотографий «шаровой молнии» в Интернете, но на самом деле это переэкспонированные фотографии молнии. Более того, есть много экспертов, указывающих на то, что ни одна из фотографий, которые мы можем видеть, на самом деле не является шаровой молнией.
Маленькие шары яркого света, движущиеся над землей и затем исчезающие, наблюдались еще со времен греков. В целом мы можем определить его как светящийся шар диаметром от одного до 25 сантиметров, который примерно похож на 20-ваттную лампу накаливания.
Обычно эти шары появляются после удара молнии, и почти всегда движутся с максимальной скоростью около 10 км/ч в метре над землей.
Самое поразительное то, что они двигаются, хаотично меняя направление, и обычно в направлении, противоположном потоку ветра.
Как исчезают шаровые молнии? Чаще всего это сопровождается небольшим хлопком на открытых пространствах, иногда причиняя значительный ущерб. Это странный взрыв, потому что он затрагивает те объекты, которые являются проводниками электричества.
Они появляются там, где меньше всего этого ожидаешь, – либо внутри домов, либо даже внутри самолетов (кстати, там они не опасны). И еще более увлекательно то, что шаровые молнии проходят через закрытые окна, не повреждая стекла. Они не выделяют тепло, хотя есть наблюдения, что в окружающей среде пахнет озоном и оксидами азота, и они, по-видимому, вызывают статическое электричество в радиоприемниках.
Все это вызывает вопросы без ответов: если это стабильная плазменная сфера, она будет горячей, но тогда она должна подняться как воздушный шар, а этого не происходит. Почему шаровая молния хаотично движется? А еще интересней, почему это движение обычно происходит против ветра?
На все эти вопросы еще предстоит ответить ученым.
А может, вы имеете свои предположения, – пишите об этом в комментариях.
P.S.
Если Вам понравилась и была полезна данная информация, поделитесь ею в соц. сетях со своими друзьями и знакомыми. Так вы поддержите наш проект “Экология жизни“ и сделаете свой вклад в сохранение окружающей среды!
- Об авторе
- Недавние публикации
Violetta
Проект ”Экология жизни” создан для тех, кто ценит и хочет сохранить свое здоровье и планету, на которой мы живем! Мы любим природу и эко жизнь!
Violetta недавно публиковал (посмотреть все)
Красная молния: наука, стоящая за явлением погоды
(Изображение предоставлено: Getty Images) 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.
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.
- Университет Аляски, «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 загадку молний 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.
com.
Эндрю Мэй имеет докторскую степень. получил степень доктора астрофизики в Манчестерском университете, Великобритания. В течение 30 лет он работал в академическом, государственном и частном секторах, прежде чем стать научным писателем, где он писал для Fortean Times, How It Works, All About Space, BBC Science Focus и других. Он также написал ряд книг, в том числе «Космическое воздействие» и «Астробиология: поиск жизни в другом месте во Вселенной», изданные издательством Icon Books.
Наука, стоящая за этим эффектным явлением
Самый жестокий момент во время извержения вулкана Кальбуко в Чили. Кредит: Франциско Негрони
Вы, несомненно, смотрели в окно, чтобы полюбоваться грозой во всей ее красе. Грозы, безусловно, зрелище, но еще более эффектна другая, гораздо менее распространенная форма молнии. Как следует из названия, вулканическая молния — это гроза, возникающая во время извержения вулкана. Наука, почему это происходит, сложнее, чем обычная гроза.
Что такое вулканическая молния?
Вулканическая молния возникает в шлейфе вулканического извержения. Как и все грозы, вулканическая молния возникает, когда в атмосфере накапливается статическое электричество, прежде чем оно высвобождается в виде молнии. Однако накопление статического электричества не так просто, как при типичной грозе. Хотя полный механизм еще не полностью понят, исследования показывают, что зарядке способствуют определенные явления.
Вулканическая молния. Кредит: Даниэль Басуалто
Зарядка льдом
Зарядка льдом является основным механизмом формирования регулярных гроз, а также играет роль в вулканических молниях, особенно в тех случаях, когда шлейф поднимается высоко в воздух. [1] Когда теплый воздух от извержения поднимается в небо, он встречается в атмосфере с более холодным воздухом. Вода в шлейфе замерзает в частицы льда, которые сталкиваются друг с другом, выбивая электроны из кристаллов.
Эти положительно заряженные ионы льда продолжают подниматься и собираться выше в атмосфере.
Фрикционный заряд
Фрикционный заряд, также известный как трибоэлектрический заряд, также считается важным механизмом, приводящим к вулканическим молниям. [2] Подобно тому, как зарядка льда происходит из-за столкновения частиц льда, фрагменты горных пород и пепла сталкиваются и создают заряженные ионы. Обычные токи, которые заставляют шлейф подниматься, затем разделяют этот заряд на разные области.
Фрактоэмиссионный
Подобно фрикционному заряду, фрактоэмиссия представляет собой дробление частиц породы внутри шлейфа. Когда горная порода разрушается, могут образовываться заряженные частицы, образуя накопление статического заряда. [3] Этот эффект преимущественно возникает при высоких энергиях, в результате чего заряд собирается ближе к жерлу вулкана.
Радиоактивный заряд
Природные радиоизотопы в породе могут влиять на накопление заряда.
Исследования показали, что частицы пепла имеют естественную радиоактивность выше обычного уровня, а при их распаде могут образовываться заряженные области. [4] Степень радиоактивного заряда вулканической молнии неизвестна, хотя в некоторых случаях она может вносить значительный вклад.
Высота шлейфа
Высота шлейфа сама по себе не является механизмом, но может значительно повлиять на возникновение молнии. [5] Когда в результате извержения образуется высокий пепловый шлейф (более 7 км), концентрация водяного пара выше. При наличии большего количества воды и более низких температурах окружающей среды на этой высоте, вероятно, больше заряда льда и больше электрической активности. Предполагается, что для небольших шлейфов большая часть накопления электричества происходит из-за фрактоэмиссии вблизи жерла, что снижает вероятность удара.
Хотя наука о вулканических молниях еще не завершена, известно, что многие факторы играют определенную роль.