Молния причины возникновения: Гром и молния: природа грозового электричества – Энергетика и промышленность России – № 10 (198) май 2012 года – WWW.EPRUSSIA.RU

Гром и молния: природа грозового электричества – Энергетика и промышленность России – № 10 (198) май 2012 года – WWW.EPRUSSIA.RU

Газета “Энергетика и промышленность России” | № 10 (198) май 2012 года

Но не все так просто: для формирования молнии необходимо разделение положительных и отрицательных зарядов в облаке. Механизм возникновения зарядов полностью не изучен, но, однажды образовавшись, заряды разносятся электрическим полем Земли. Положительно заряженные капли и льдинки поднимаются вверх, заряжая верхнюю часть грозового облака, а отрицательно заряженные оказываются внизу. После накопления достаточно больших зарядов происходит искровой разряд. В большинстве случаев разряд проходит между облаками, но нередко происходит разряд между облаком и поверхностью Земли.

Из прошлого

На первобытного человека гроза производила сильное впечатление. В страхе перед грозой люди обожествляли ее или считали орудием богов. Восточные славяне в древности чтили бога Перуна, «творца» молнии и грома.

Позже наши предки гром и молнию приписывали «деятельности» Ильи-пророка, который, «катаясь на колеснице по небу, пускает огненные стрелы».

Боги грома и молнии известны религиозных представлениях и других народов. Во все времена церковь стремилась насаждать и поддерживать веру народных масс, что молния – это «небесная кара». Уже в древности жрецы использовали электричество атмосферы для получения «небесного огня» во время приношения жертв. С этой целью в египетских храмах строили высокие деревянные мачты, обитые медными листами. Специальное устройство собирало электрический заряд, достаточный для того, чтобы убить искрой человека или животное, приносимое в жертву.

По-научному

Совсем недавно по историческим меркам было открыто электрическое поле Земли и ионные токи, протекающие через земную атмосферу. Также было установлено, что Земля с ее верхними проводящими слоями атмосферы – ионосферой – представляет собой заряженный электрический конденсатор. А ионные токи, протекающие через земную атмосферу, это – токи разряда заряженного конденсатора Земля – ионосферы.

Суммарный ток разряда по всей планете, по некоторым скромным подсчетам, составляет около 1800 А. Несмотря на столь значительный ток разряда, разность потенциалов на обкладках конденсатора не изменяется. Отсюда был сделан совершенно правильный вывод: в природе существует какой‑то генератор электричества, который постоянно подзаряжает наш глобальный конденсатор, компенсируя ток разряда. Тогда и начался поиск этого генератора.

В 1922 году известный физик, лауреат Нобелевской премии Чарльз Вильсон высказал очень смелое, но совершенно никак не обоснованное предположение, что таким генератором являются грозы, которые заряжают Землю отрицательным зарядом, а ионосферу – положительным. По идее Вильсона, в грозовом облаке находится высоковольтный генератор, который разделяет заряды и направляет отрицательные вниз к земной поверхности, а положительные – вверх к ионосфере. На выходе генератора разность потенциалов достигает нескольких миллионов вольт. По утверждению Вильсона, именно эта разность потенциалов и поддерживает заряд глобального конденсатора неизменным.

Идея показалась правдоподобной. Действительно, все грозовые молнии переносят из облаков на Землю отрицательный заряд. Правда, никто никогда не наблюдал, каким образом грозы заряжают ионосферу положительным зарядом. Возникла задача найти этот генератор в указанном месте – в грозовом облаке. И поиски начались.

Другой всемирно известный физик, лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман поддержал идею Чарльза Вильсона. В середине прошлого века в своих широко известных «Фейнмановских лекциях по физике» он пишет следующее: «Теперь нужно ответить на вопрос об источнике больших отрицательных токов, которые должны течь от «верха» к земной поверхности, чтобы поддержать ее отрицательный заряд. Где же те батареи, которые это делают? Это гроза или, вернее, молнии. Оказывается, вспышки молний не «разряжают» той разности потенциалов, о которой мы говорили (и как могло бы на первый взгляд показаться). Молнии снабжают Землю отрицательным зарядом. Если мы увидели молнию, то можно поспорить на десять против одного, что она привела на Землю большое количество отрицательных зарядов.

Именно грозы заряжают Землю в среднем током в 1800 А электричества, которое затем разряжается в районах с хорошей погодой».

Как видно из приведенной выше цитаты, Фейнман подтвердил идею Вильсона и выдал ее как истину в последней инстанции.

Мало кто решится возразить такому авторитету в физике, как Р. Фейнман. И поиски продолжаются по сей день, и все так же безрезультатно.

Генератор молний

Нагретый и увлажненный слой воздуха у земной поверхности становится легче воздуха в вышерасположенных слоях и стремится подняться вверх. В каком‑либо месте он пробивает себе путь наверх и устремляется в это окно. Как только окно появилось, весь нагретый и увлажненный воздух с большой площади земной поверхности уходит через это окно вверх, образуя облако вертикального развития, или грозовое облако.

Но вместе с этим воздухом в грозовое облако поднимаются и все отрицательные заряды, прикрепленные к молекулам водяного пара. Образуется огромный пузырь из теплого и влажного воздуха, заряженного отрицательным электричеством. Именно этот заряженный воздушный пузырь является тем высоковольтным генератором электричества, который питает молнии. Остается невыясненным вопрос: где же тот генератор, который постоянно заряжает электричеством глобальный конденсатор? По-видимому, таким генератором является магнитное поле Земли, которое вращается вместе с Землей в потоке солнечного ветра. Солнечный ветер – это в основном поток заряженных частиц высоких энергий – электронов и ионов водорода. Скорость таких частиц лежит в пределах от 300 км/сек до 1300 км/сек. Магнитное поле Земли каким‑то образом разделяет эти заряженные частицы подобно тому, как разделяются заряды в МГД-генереторе.

В результате вращения Земли восточная часть магнитного поля всегда движется навстречу солнечному ветру, а западная – убегает от него. Эта разность в скорости составляет около 1 км/сек. Следовательно, силы Лоренца, действующие на движущиеся заряды, будут различными на восточной и западной стороне магнитосферы. Очень похоже, что эта разница в силе Лоренца как раз и является генератором атмосферного потенциала.

К сожалению, в этом вопросе пока недостаточно достоверных данных для того, чтобы подробно рассмотреть конструкцию этого генератора.

Нервы «горят», как провода

Исследования показали: человека спасает то, что при чудовищной мощности разряд порой «проскакивает» сквозь тело за миллионные доли секунды. И не всегда успевает испепелить. Сила воздействия зависит от сопротивления органов и тканей, которое в среднем составляет 700 Ом. Чем оно больше, тем тяжелее последствия.

Но бывает, что молния попадает прямо в голову. Тут последствия уже серьезнее – от взрыва глаз, комы и полной амнезии до странностей в манерах и в поведении. Так, некто Харольд Дин после удара молнии прославился тем, что перестал чувствовать холод. Он даже зимой ходит в майке. Элен Вард из Англии приобрела почти собачий нюх. На спор она по запаху находит предметы, до которых кто‑то дотронулся. Гюнтер Лунге из Берлина демонстрировал на конференции открывшиеся у него поразительные математические способности – умножал в уме шестизначные числа.

Иными словами, молния может превращать людей в подобие мутантов. Но куда занятнее другое. Получается, что в мозгу скрыты возможности для его совершенствования.

Интересные факты

Каждый год Земля испытывает в среднем 25 миллионов ударов молний, или более сотни тысяч гроз. Это больше, чем сто ударов молнии в секунду.

Одновременно на Земле существует от ста до тысячи экземпляров шаровой молнии, но шанс, что вы увидите хотя бы одну из них, равен 0,01 процента.

Средний удар молнии длится четверть секунды.
Вы можете услышать гром за 20 километров от молнии.

Разряд молнии распространяется со скоростью около 190  000 км/с.

Средняя длина разряда молнии составляет 3‑4
километра.

Температура типичной молнии может превышать
30 000 C– это примерно в пять раз больше, чем температура поверхности Солнца.

Энергия, содержащаяся в одном разряде молнии, может питать 100‑ваттную лампочку на протяжении девяноста дней.

За 35 лет в лесничего из штата Вирджиния (США) Роя Салливана молния ударяла семь раз. За это достижение он попал в Книгу рекордов Гиннесса.

Мужчины погибают от удара молнии примерно в шесть раз чаще, чем женщины.

Почему возникает шаровая молния — Российская газета

Каждый день человек сталкивается с необычными явлениями природы. Некоторые – опасны. Другие – красивы так, что захватывает дух. Случаются и редкие, но оттого лишь более любопытные, явления, такие как шаровая молния или северное сияние. Их притягательная сила породила массу мифов и легенд. Как на самом деле образуются эти чудеса, “РГ” попыталась разобраться с помощью науки.

 

Молния из розетки

Даже простые (линейные) молнии – не до конца изученное явление, шаровые же – истинная загадка даже при нынешнем уровне развития науки.

Мифы и легенды древности представляли шаровую молнию в самых разных обличьях, но чаще всего – в виде монстров с огненными глазами. Первые документальные свидетельства об этом явлении восходят еще к временам Римской империи. А в русских архивах оно впервые упоминается в 1663 году: в один из монастырей пришел “донос от попа Иванище” из села Новые Ерги, в котором сообщалось, что “…огнь на землю падал по многим дворам, и на путях, и по хоромам, аки кудели горя, и люди от него бегали, а он каташеся за ними, а никого не ожег, а потом поднялся вверх во облака”.

Многочисленные очевидцы обычно так описывают шаровую молнию: яркий светящийся шар, несвязанный с каким-либо источником электроэнергии, перемещается как горизонтально, так и хаотично. В редких случаях молния “прилипает”, например, к проводам и движется вдоль них. Нередко шар попадает в закрытое помещение через щель, меньше своего диаметра. Исчезает молния так же странно, как и появляется – может взорваться, а может просто погаснуть. Еще одна загадка ее в том, что представляя собой нагретый газ, молния не смешивается с окружающей атмосферой, а имеет довольно четкую границу “шара”.

Молния живет примерно 10 секунд. При движении она часто издает негромкое потрескивание или шипение.  А самыми распространенными ее цветами являются красный, оранжевый, желтый, белый и голубой. “Вообще цвет шаровой молнии не является ее характерным признаком и, в частности, ничего не говорит о ее температуре, а также и о составе. Вероятнее всего, он определяется наличием тех или иных примесей”, – поясняет в своей книге, посвященной природе шаровых молний, доктор физико-математических наук Игорь Стаханов.

Световой поток от шаровой молнии в среднем сравним с тем, который испускает электрическая лампа.

Удивительным в шаровой молнии является то, что она почти совсем не излучает тепло. По мнению экспертов, людей вводит в заблуждение интенсивное свечение: человек видит “раскаленный” шар и чувствует тепло, которого на самом деле нет. Часто шаровая молния проходит на расстоянии 10-20 сантиметров от незащищенных одеждой частей тела, например от лица, не вызывая никаких последствий. Однако при прямом контакте с объектом повреждения все-таки возможны: случалось, шар вылетал в окно и прожигал при этом занавеску или оплавлял металлические предметы. Эти свидетельства, уверяют ученые, говорят лишь о возможности выделения значительной энергии, но отнюдь не о высокой температуре вещества самой молнии.

 

 

 

Изучение этого загадочного явления осложняется тем, что получить молнию в лабораторных условиях практически невозможно, хотя попытки предпринимались еще со времен Николы Теслы. По словам исследователей, в своей работе они зачастую могут опираться лишь на показания очевидцев, которых, кстати, немало. Только в России живут десятки тысяч человек, наблюдавших шаровую молнию воочию. При этом лишь небольшая часть свидетелей может рассказать о ее зарождении.

Иногда утверждают, что светящийся шар возникает в месте ветвления канала линейной молнии. Нередко он появляется из проводников – из телефонного аппарата, из щитка со счетчиками, из розетки (самый частый вариант, который описывают очевидцы) и так далее. Причем, искусственные шары возникают, так же как и естественные: там, где скапливаются значительные заряды, которые не могут нейтрализоваться. Подобный процесс, к примеру, происходит во время короткого замыкания.

“Медленное растекание этих зарядов приводит к коронированию или появлению огней святого Эльма, быстрое – к возникновению шаровой молнии”, – поясняет Стаханов.

Итак, согласно исследованиям физиков, “шаровая молния представляет собой проводящую среду с плотностью воздуха, при температуре, близкой к комнатной. Его молекулы метастабильны и выделяют энергию, служащую источником излучаемого тепла и свечения”.

Существует еще несколько любопытных теорий возникновения шаровой молнии. Так, ряд исследователей предполагает, что такая молния – это плазмоид, то есть объем, заполненный высокотемпературной плазмой, удерживаемой собственным магнитным полем. То же самое магнитное поле, которое мешает разлету частиц плазмы, может изолировать ее от окружающего воздуха и помешать быстрому рассеянию энергии. Противники этой идеи говорят: проблема шаровой молнии не имеет ничего общего с осуществлением управляемого термоядерного синтеза.

Ученые так же предполагают, что шаровая молния может состоять либо из нейтральных молекул в основном состоянии, либо из молекул, возбужденных на метастабильные уровни. Это – так называемая химическая гипотеза. Так, Борис Смирнов, выдающийся ученый в области атомной физики, предполагает, что энергия молнии заключена в озоне и выделяется при его разложении. Для получения более высоких концентраций озона по теории Смирнова требуется возбуждение кислорода током молнии.

Небесный огонь

Лучи полярного сияния охватывают все небо…. Невероятной красоты переливы никого не оставят равнодушными – даже опытные исследователи не перестают удивляться этому поразительному природному явлению. В Северном полушарии полярное сияние характерно для Канады, Аляски, Норвегии, Финляндии и полярной части Ямало-Ненецкого автономного округа. Можно наблюдать сияние и в Южном полушарии, например в Антарктиде, реже – в средних широтах.

Мифов об этом явлении – великое множество. Так, по легенде жителей тундры, северное сияние – это костер, который зажег орел в помощь дедушке и внуку, которые искали в кромешной тьме раненую на охоте собаку. Сияние освещает путь тем, кто хочет совершить доброе дело. В норвежской мифологии северное сияние – предвестник плохой погоды. А викинги отождествляли этот феномен природы с богом Одином.

Хотя привычнее звучит словосочетание “северное сияние”, существует и южное полярное сияние. До недавнего времени считалось, что сияния у Южного и Северного полюсов являются идентичными. Но когда начали наблюдать его из космоса, обнаружилось, что по многим характеристикам – конфигурации, интенсивности, свечению – они различаются.

 

 

 

Источник сияния – солнечный ветер: поток заряженных частиц (по большей части, протонов и нейтронов), который солнце испускает в космос. Солнечные частицы входят в магнитосферу через полярные области Земли и, если заряд энергии достаточен, они проходят в атмосферу, где сталкиваются с атомами газов – так возникает свечение. На высоте примерно двухсот километров атомы кислорода светятся красным, а те, что ниже, – зеленым. Цвета полярного сияния зависят от участвующих в процессе его образования элементов. Так, азот будет светиться красноватыми или синеватыми оттенками.

14 февраля 2011 года на Солнце была зафиксирована сильная вспышка. Активность светила возросла. С международной космической станции было сделано несколько снимков, которые зафиксировали любопытные последствия этих вспышек – полярное сияние на нетипичной высоте 400 километров (при традиционной для свечения высоте 70-80 километров).

Северное сияние – это видимое проявление космической погоды: Солнце спокойно – сияний нет, появляются на Солнце пятна, или языки пламени, – жди на Земле огней. Несмотря на то, что природа этого природного явления достаточно хорошо изучена, человек до сих пор не научился со стопроцентной вероятностью предсказывать его возникновение.

Кстати, полярное сияние не только видно, но и слышно. Северные племена давно подметили, что в период, когда небо расцвечивается огнями, некоторые люди начинают вести себя странно: разговаривают с несуществующими собеседниками или полностью отрешаются от внешнего мира. Ученые объяснили этот феномен низкочастотными электромагнитными волнами, которые порождает северное сияние. Они излучаются в диапазоне 8-13 герц, что сродни бета и альфа ритмам головного мозга. Инфразвук человеческое ухо не воспринимает (шум дуги полярного сияния становится слышен только будучи увеличенным в 2 тысячи раз), но он может оказывать самые непредсказуемые воздействия на мозг и сердечнососудистую систему.

Несмотря на аргументированное объяснение, очевидцы, наблюдавшие полярное сияние, нередко говорят о том, что оно именно звучит – слышно что-то вроде шипения. Самое правдоподобное объяснение этому загадочному феномену, полагают ученые, это – взаимные помехи в мозге. Когда оптический нерв находится рядом со слуховым, между ними могут возникнуть взаимные помехи, и у человека появляется ощущение звука, когда на самом деле его не слышно.

Интересен тот факт, что полярные сияния могут происходить и на других планетах солнечной системы, имеющих атмосферу и магнитное поле: на Венере, Сатурне и Юпитере.

Смертоносная погода

По неизвестным пока причинам раз в три-семь лет пассаты вдруг ослабевают, нарушается баланс, и теплые воды западного бассейна устремляются на восток, создавая одно из самых сильных теплых течений в Мировом океане. На огромной площади на востоке Тихого океана, в тропической и центральной экваториальной частях, происходит резкое повышение температуры поверхностного слоя воды. Это и есть наступление Эль-Ниньо. Засуха и дожди, ураганы, смерчи и снегопады – главные его спутники.

Это метеорологическое явления, по мнению ученых, оказывает влияние практически на каждого жителя Планеты. Ученым понадобилось более сотни лет, чтобы понять истинную силу Эль-Ниньо.

Весной 1998 года на Южную Калифорнию обрушились проливные дожди, которые никак не прекращались. В это же время австралийский Квинсленд страдал от прямо противоположной проблемы – от небывалой засухи. И это – только два примера природных аномалий, охвативших мир в том году. От наводнений и последовавшей за ними холеры страдали Перу и Кения, массовые лесные пожары и густой смог вызвала засуха в Индонезии…. Погода словно вышла из-под контроля, но ученые были уверены: все это – звенья одной цепи. Тогда и было открыто явление, известное рыбакам тысячи лет, но доселе не рассмотренное с научной точки зрения.

 

 

 

Побережье Перу считается одним из самых богатых рыбой регионов. Однако с периодичностью в несколько лет в поверхностных водах возникает теплое течение, после чего характерная для здешних мест морская живность исчезает, начинаются дожди, на засушливых почвах буйно идут в рост травы. Это всегда происходит в одно и то же время года – примерно под Рождество. Поэтому загадочное явление получило название Эль-Ниньо, что в переводе означает “мальчик”, а написание с заглавной буквы указывает на младенца Христа.

До 90-х годов XIX века перуанская аномалия не волновала мировые умы. Затем один британский ученый по имени Герберт Уолкер заинтересовался проблемой, существовавшей в самой крупной колонии империи – в Индии: здесь в 1877 году не было муссонных дождей. Голод унес 5 миллионов жизней. Снова трагедия повторилась в 1899 году. Британское правительство поставило перед ученым задачу спрогнозировать сезоны дождей. Уолкер выяснил, что все дело в атмосферном давленим: когда в центральной части Тихого Океана оно растет – в Индонезии и Северной Австралии оно опускается. И наоборот. Таким образом было доказано существование осцилляции (колебания свойств) в атмосферном давлении с периодичностью 3-5 лет.

Это был настоящий прорыв, но современники раскритиковали идею британца. Потребовалось полвека и немного удачи, чтобы открытие получило второе рождение.

В 1957 по программе ООН в Тихом Океане установили несколько бакенов для изменения колебания температуры. Как раз на этот год пришлось крупное Эль-Ниньо. Так, совершенно случайно, были получены уникальные данные об этом явлении. Ученые открыли, что изменения у побережья Перу носят не локальный характер, что в период Эль-Ниньо теплые слои воды из района Индонезии перемещаются по океану и достигают перуанского побережья, и наоборот.

В 1960-х норвежский ученый Якоб Бьеркнис, с 1940-го возглавлявший метеорологический департамент Калифорнийского университета, сотрудничал с комиссий по отлову тунца: изучал периоды активности рыб, их подверженность климатическим изменениям. Исследователь собрал все имеющиеся данные и впервые связал изменения температуры поверхностных вод с изменениями в атмосфере над Тихим Океаном.

В нормальных условиях теплые воды остаются в западной части Тихоокеанского бассейна, а пассаты дуют с востока на запад. Так вокруг Индонезии образуется зона низкого давления – образуются облака и осадки. Но при Эль-Ниньо картина прямо противоположная. Это смещение вызывает наводнение в Перу, засуху в Австралии и ураганы в Калифорнии.

Эль-Ниньо в силах изменить даже ход истории. Ученые нашли этому несколько подтверждений: когда из-за Эль-Ниньо зима в Европе выдалась суровой, голодающие крестьяне начали бунтовать – так началась Французская революция; в 1587-89 годах испанскую армаду победил вовсе не британский флот, а все тот же пресловутый Эль-Ниньо, изменив превалирующие направление ветра, наполнявшего паруса испанцев; даже в гибели “Титаника” обвиняют это погодное явление, создавшее необычно холодные условия на севере Атлантики.

Солнце-иллюзионист

Паргелий – это одна из форм гало, оптического феномена, при котором вокруг источника света образуется светящееся кольцо. Во время паргелия на небе наблюдается одно или несколько дополнительных лже-светил. Считается, что именно это явление наиболее часто принимают за НЛО. Действительно, внешне оно немного напоминает расхожие изображение летающих тарелок. В старину же гало, как и многим другим небесным явлениям, приписывалось мистическое значение знамений, чему известно множество летописных свидетельств из разных точек мира. Так, в “Слове о полку Игореве” рассказывается, что перед наступлением половцев и пленением Игоря “четыре солнца засияли над русской землей”, что было воспринято как знак надвигающейся большой беды.

 

 

 

При гало солнце выглядит так, как будто его видно через большую линзу. На самом деле, это, скорее, эффект миллионов линз, в роли которых выступают ледяные кристаллы. Вода, замерзая в верхних слоях атмосферы, образует микроскопические плоские, шестиугольные кристаллы льда. Они постепенно опускаются на землю, при этом по большей части они ориентированы параллельно ее поверхности. Взгляд проходит через эту самую плоскость образованную кристаллами, преломляющими солнечный свет. При стечении благоприятных обстоятельств можно наблюдать ложные солнца: светило – в центре, и пара хорошо видных его двойников – по краям. Иногда при этом появляется светлый, слегка окрашенный в радужные тона круг, опоясывающий солнце.

Кстати, облака – не обязательное условие для появления гало. Его можно наблюдать и в чистом небе, если при этом высоко в атмосфере плавает много отдельных ледяных кристалликов. Так случается в морозные зимние дни при ясной погоде.

Вокруг солнца может появиться светлый горизонтальный круг, опоясывающий небо параллельно горизонту. “Специальные опыты, которые неоднократно проводили ученые, показывают: этот круг – результат отражения солнечных лучей от боковых граней шестигранных кристалликов льда, плавающих в воздухе в вертикальном положении. Лучи солнца падают на такие кристаллики, отражаются от них, как от зеркала. А поскольку это зеркало особенное, оно составлено из бесчисленной массы ледяных частиц и к тому же оказывается на какое-то время как бы лежащим в плоскости горизонта, то и отражение солнечного диска человек видит в той же плоскости. Получается два солнца: одно настоящее, а рядом с ним, но в другой плоскости – его двойник в виде большого светлого круга”, – так объясняют феномен исследователи.

Гало может быть видно в форме столба. За этот эффект надо благодарить кристаллы льда, имеющие форму пластины. Их нижние грани отражают свет скрывшегося уже за горизонтом солнца, и вместо него видно некоторое время уходящую в небо от горизонта светящуюся дорожку – искаженное до неузнаваемости изображение солнечного диска. Проще говоря – это та же “лунная дорожка”, которую можно наблюдать на морской глади, только в небе и порожденная солнцем.

Гало может быть и радужным. Такой круг возникает, когда в атмосфере – много шестигранных ледяных кристалликов, не отражающих, а преломляющих солнечные лучи как стеклянная призма. Большинство лучей рассеивается, но какая-то их часть, пройдя сквозь находящиеся в воздухе призмы и преломившись, доходит до нас, и мы видим радужный круг вокруг солнца. Радужный потому, что проходя через призму, белый световой луч разлагается на свои цвета спектра.

Любопытно, что гало часто наблюдаются в передней части циклонов (в перисто-слоистых облаках на высоте 5-10 километров их теплого фронта) что , следовательно, может служить признаком их приближения.

Солнце вообще богато на загадочные и красивые “поступки”. К примеру, зеленый луч – редчайшее оптическое явление – представляет собой вспышку зеленого цвета, которая появляется во время исчезновения солнца за горизонтом (как правило, морским) или же появления его из-за горизонта. Обычно длится это всего несколько секунд. Чтобы увидеть зеленый луч, необходимо соблюдение трех условий: чистый воздух, открытый горизонт (на море без волнений или в степи) и сторона горизонта, где происходит восход или заход солнца, свободная от облаков.

Куда уходят камни

К востоку от хребта Сьерра-Невада в Калифорнии, на высохшем озере Рейстрэк-Плайя, раскинулся национальный парк Долина Смерти, обладатель титула самого сухого и горячего места в западном полушарии. Неоднозначным названием здешние места обязаны переселенцам, которые пересекали пустынную территорию в 1849 году, стремясь кратчайшим путем добраться до золотых приисков. Некоторые остались в долине навсегда…. Именно в этом зловещем месте был обнаружен редчайший геологический феномен – скользящие или ползущие камни.

Булыжники массой до тридцати килограммов непостижимым образом медленно двигаются по глинистому дну озера, что подтверждают дорожки, остающиеся за ними и имеющие протяженность до 250 метров. При этом каменные скитальцы ползут в разных направлениях, с разной скоростью и даже могут вернуться обратно к месту отправления. Следы, не шире 30 сантиметров и глубиной меньше 2,5 сантиметров, которые они оставляют, могут формироваться годами. Движение камней ни разу не удалось запечатлеть на камеру, но в существовании этого явления сомневаться не приходится.

 

 

 

Предсказуемо, что раньше феномен “объяснялся” влиянием неких сверхъестественных сил. Но в начале XX века к исследованию природы чуда приступили ученые. Сначала предполагалось, что движущей силой камней являются магнитные поля Земли. Сам механизм ученым толком объяснить не удалось. Как показала жизнь, теория была несостоятельной, хотя для своего времени она укладывалась в картину мира: электромагнитный подход к изучению тех или иных явлений тогда главенствовал в научных кругах.

Первые монументальные работы с описанием траекторий камней появились в конце 1940-1950-х, но еще годы и годы понадобились исследователям, чтобы приблизиться к разгадке феномена. Самой популярной была теория, утверждавшая, что менять местоположение камням помогает ветер. Глинистое дно Рейстрэк-Плайя – место “прогулки” – покрыто сетью трещин и почти все время остается сухим, растительность здесь крайне скудная. Иногда все же почва здесь увлажняется за счет редких осадков, сила трения уменьшается, и сильные порывы ветра сдвигают камни с “насиженных мест”.

У теории появилась масса противников, но наиболее аргументированное опровержение ей нашли лишь в  1970-х американские ученые Роберт Шарп и Дуайт Кэри. За годы изучения этой пустынной местности и наблюдения за камнями они пришли к выводу, что одного ветра тут недостаточно и предположили (и даже доказали опытным путем), что ветер толкал не столько сами камни, сколько куски льда, которые образуются на них, увеличивают площадь контакта с атмосферой и заодно облегчают скольжение.

В 1993 году профессор из университета Сан-Хосе Пола Мессина для изучения движения камней использовала возможности системы GPS. Она изучила изменение координат 162 валунов и выяснила, что на их движение влияет то, в какой части Рейстрэк-Плайя они находятся. Согласно созданной модели, ветер над озером после бури разделяется на два потока, что связано с особенностями геометрии гор, окружающих Рейстрэк-Плайя. Камни, локализующиеся по краям озера, перемещаются в разных, практически перпендикулярных, направлениях. А в центре ветры сталкиваются и закручиваются в своего рода торнадо, заставляя также вращаться и камни.

Правда, пока не существует внятного объяснения того любопытного факта, что одни камни по пустыне ползают, а другие – нет. Если на все булыжники в равной мере влияют вихри ветра, почему не все они двигаются? Это еще предстоит выяснить.

описание, причины, опасности, виды (фото)

Первые письменные упоминания о загадочных и таинственных огненных шарах можно найти в летописях 106 г. до н. э.: «Над Римом появились огромные огненные птицы, несущие в клювах раскалённые угли, которые, падая вниз, сжигали дома. Город полыхал…» Также было обнаружено не одно описание о шаровых молниях в Португалии и во Франции в Средние века, явление которых побудило алхимиков проводить время в поисках возможности властвовать над духами огня.

Этот удивительный шар

Шаровая молния считается особым видом молнии, который представляет собой плывущий по воздуху светящийся огненный шар (иногда имеет вид гриба, капли или груши). Размер её обычно колеблется от 10 до 20 см, а сама она бывает голубого, оранжевого или белого тонов (хотя нередко можно увидеть и другие цвета, вплоть до чёрного), цвет при этом бывает неоднородным и нередко изменяется. Люди, которые видели, как выглядит шаровая молния, говорят о том, что внутри она состоит из небольших неподвижных деталей.

Что касается температуры плазменного шара, то она до сих пор не определена: хотя по подсчётам учёных она должна составлять от 100 до 1000 градусов Цельсия, очутившиеся поблизости огненного шара люди жара от него не почувствовали. Если он неожиданно взрывается (правда, это бывает далеко не всегда), вся находящаяся неподалёку жидкость испаряется, а стекло и металл плавятся.

Был зафиксирован случай, когда плазменный шар, оказавшись в доме, попал в бочонок, где находилось шестнадцать литров только что принесённой колодезной воды. При этом он не взорвался, а вскипятив воду, исчез. После того как вода закончила кипеть, она была горячей в течение двадцати минут.

Тайны Бермудского треугольника872724.3993

Существовать огненный шар способен довольно длительное время, а при перемещении – неожиданно поменять направление, при этом он даже может на несколько минут повиснуть в воздухе, после чего резко, на скорости от 8 до 10 м/с уйти в сторону.

Возникает шаровая молния в основном во время грозы, но также были зафиксированы неоднократные случаи её появления и в солнечную погоду. Появляется она обычно в единственном экземпляре (по крайней мере, современная наука другого не зафиксировала), и нередко самым неожиданным образом: она может спуститься с туч, появиться в воздухе или выплыть из-за столба или дереве. Для неё не составляет труда проникнуть в закрытое пространство: известны случаи её появления из розеток, телевизора и даже в кабинах пилотов.

Было зафиксировано немало случаев постоянного возникновения шаровой молнии на одном и том же месте. Так, в небольшом городке под Псковом существует Чёртова поляна, на которой из-под земли периодически выскакивает шаровая молния черного цвета (появляться здесь она стала после падения Тунгусского метеорита). Её постоянное возникновение в одном и том же месте дало возможность учёным попытаться зафиксировать это появление при помощи датчиков, правда, безуспешно: все они были расплавлены во время передвижения шаровой молнии по поляне.

Тайны шаровых молний

Учёные долгое время не допускали даже существования такого явления, как шаровая молния: сведения о её появлении относили в основном или к оптическому обману, или к галлюцинациям, что поражают сетчатку глаза после вспышки обыкновенной молнии. Тем более что свидетельства о том, как выглядит шаровая молния, во многом не совпадали, а во время её воспроизведения в лабораторных условиях удавалось получить лишь кратковременные явления.

Всё изменилось после того, как вначале XIX ст. физик Франсуа Араго опубликовал отчёт, с собранными и систематизированными свидетельствами очевидцев о явлении шаровой молнии. Хотя эти данные и сумели убедить многих учёных в существовании этого удивительного явления, скептики всё же остались. Тем более загадки шаровой молнии со временем не уменьшаются, а лишь множатся.

Прежде всего, непонятна природа появления удивительного шара, поскольку появляется он не только в грозу, но и в ясный погожий день.

Непонятен и состав вещества, которое позволяет ему проникать не только через дверные и оконные проёмы, но и через малюсенькие щели, после чего вновь принимать без ущерба для себя изначальную форму (физики этого явления разгадать на данный момент не в состоянии).

Некоторые учёные, изучая явление, выдвигали предположение, что в действительности шаровая молния являет собой газ, но в таком случае плазмовый шар под воздействием внутреннего тепла должен был бы взлетать вверх наподобие воздушного шара.

Да и природа самого излучения непонятна: откуда оно исходит – лишь с поверхности молнии, или со всего её объёма. Также перед физиками не может не возникать вопрос о том, куда пропадает энергия, что находится внутри шаровой молнии: если бы она шла лишь на излучение, шар исчезал бы не через несколько минут, а светился бы пару часов.

Несмотря на огромное количество теорий, физики до сих пор не могут дать научно обоснованного объяснения этого явления. Но, существует две противоположные версии, получившие популярность в научных кругах.

Гипотеза №1

Доминик Араго не только систематизировал данные о плазменном шаре, но и попытался объяснить, в чём состоит загадка шаровой молнии. По его версии шаровая молния — это специфическое взаимодействие азота с кислорода, во время которого выделяется энергия, создающая молнию.

Другой физик Френкель дополнил эту версию теорией о том, что плазмовый шар является вихрем шарообразной формы, состоящий из пылевых частиц с активными газами, что стали таковыми из-за полученного электрического разряда. По этой причине вихрь-шар вполне может существовать довольно продолжительное время. В пользу его версии говорит тот факт, что плазмовый шар обычно возникает в запыленном воздухе после электрического разряда, а после себя оставляет небольшой дымок со специфическим запахом.

Таким образом, эта версия говорит о том, что вся энергия плазменного шара находится внутри него, из-за чего шаровую молнию можно считать накопителем энергии.

Гипотеза №2

Академик Петр Капица с этим мнением был не согласен, поскольку утверждал, что для беспрерывного свечения молнии нужна дополнительная энергия, которая подпитывала бы шар извне. Он выдвинул версию, что явление шаровой молнии подпитывают радиоволны длиной от 35 до 70 см, возникающие в результате электромагнитных колебаний, возникающих между грозовыми тучами и земной корой.

Взрыв шаровой молнии он объяснял неожиданной остановкой подачи энергии, например, изменение частоты электромагнитных колебаний, в результате чего разреженный воздух «схлопывается».

Хотя его версия многим пришлась по душе, природа шаровой молнии версии не соответствует. На данный момент современная аппаратура ни разу не зафиксировала радиоволны нужной волны, которые появлялись бы в результате атмосферных разрядов. Кроме того, вода является почти непреодолимым препятствием для радиоволн, а потому нагреть воду, как в случае с бочонком, а тем более вскипятить её, плазменный шар не смог бы.

Также ставит гипотезу под сомнение масштаб взрыва плазменного шара: он не только способен расплавить или разнести в куски прочные и крепкие предметы, но и переломать толстые брёвна, а его ударная волна – перевернуть трактор. В то же время обыкновенное «схлопывание» разреженного воздуха проделать все эти трюки не способно, а его эффект подобен лопнувшему воздушному шару.

Что делать, встретив шаровую молнию

Что бы ни было причиной возникновения удивительного плазменного шара, нужно учитывать, что столкновение с ней чрезвычайно опасно, поскольку если переполненный электричеством шар дотронется до живого существа, вполне может убить, а если взорвётся – разнести всё вокруг.

Цветные озера вулкана Келимуту872724.750

Увидев огненный шар дома или на улице, главное, не впадать в панику, не делать резких движений и не бежать: шаровая молния чрезвычайно чувствительна к любым завихрениям воздуха и вполне может последовать за ним.

Нужно неторопливо, спокойно свернуть с пути движения шара, пытаясь держаться как можно дальше от него, но ни в коем случае не поворачиваться спиной. Если шаровая молния оказалась в помещении, нужно подойти к окну и открыть форточку: вслед за движением воздуха молния, скорее всего, вылетит наружу.

Также категорически нельзя ничего бросать в плазменный шар: это вполне может привести ко взрыву, и тогда травмы, ожоги, а в некоторых случаях даже остановка сердца неотвратимы. Если так получилось, что человек не сумел уйти с траектории движения шара, и тот задел его, вызвав потерю сознания, потерпевшего нужно перенести в проветриваемую комнату, тепло закутать, сделать искусственное дыхание и, естественно, сразу же позвонить в скорую помощь.

Причина возникновения молний | ezoputi.ru

Грозовые разряды (молнии) – это наиболее распространенный источник мощных электромагнитных полей естественного происхождения. Молния представляет собой разновидность газового разряда при очень большой длине искры. Общая длина канала молнии достигает нескольких километров, причем значительная часть этого канала находится внутри грозового облака. молнии Причиной возникновения молний является образование большого объемного электрического заряда.

Обычным источником молний являются грозовые кучево-дождевые облака, несущие в себе скопление положительных и отрицательных электрических зарядов в верхней и нижней частях облака и образующие вокруг этого облака электрические поля возрастающей напряженности. Образование таких объемных зарядов различной полярности в облаке (поляризация облака) связано с конденсацией вследствие охлаждения водяных паров восходящих потоков теплого воздуха на положительных и отрицательных ионах (центрах конденсации) и разделением заряженных капелек влаги в облаке под действием интенсивных восходящих тепловых воздушных потоков. Из-за того, что в облаке образуется несколько изолированных друг от друга скоплений зарядов (в нижней части облака скапливаются преимущественно заряды отрицательной полярности).

Грозовые разряды по внешним признакам могут быть разделены на несколько типов. Обычный тип – линейная молния, с разновидностями: ленточная, ракетообразная, зигзагообразная и разветвленная. Наиболее редкий тип разрядов – шаровая молния. Известны разряды, носящие названия “Огни святого Эльма” и “Свечение Анд”. Молния обычно бывает многократной, т.е. состоит из нескольких единичных разрядов, развивающихся по одному и тому же пути, причем каждый разряд, так же как и разряд, получаемый в лабораторных условиях, начинается лидерным и завершается обратным (главным) разрядом. Скорость опускания лидера первого единичного разряда примерно равна 1500 км/с, скорости лидеров последующих разрядов достигают 2000 км/с, а скорость обратного разряда изменяется в пределах 15000 -150000 км/с, т. е. от 0,05 до 0,5 скорости света. Канал лидера, как и канал всякого стримера, заполнен плазмой, следовательно, обладает определенной проводимостью.

Верхним концом лидерный канал соединен с одним из заряженных центров в облаке, поэтому часть зарядов этого центра стекает в канал лидера. Распределение заряда в канале должно быть неравномерным, возрастая к его концу. Однако некоторые косвенные измерения позволяют предположить, что абсолютная величина заряда на головке лидера невелика и в первом приближении канал можно считать равномерно заряженным с линейной плотностью зарядов S. Общий заряд в канале лидера в этом случае равен Q = S*l, где l – длина канала, причем обычно значение его составляет около 10% значения заряда, стекающего в землю во время единичного разряда молнии. В 70-80% всех случаев этот заряд имеет отрицательную полярность. По мере продвижения канала лидера под действием создаваемого им электрического поля в земле происходит смещение зарядов, причем заряды, противоположные по знаку зарядам лидера (обычно это положительные заряды), стремятся расположиться как можно ближе к головке лидерного канала. В случае однородного грунта эти заряды скапливаются непосредственно под лидерным каналом.

Если грунт неоднородный и основная его часть обладает большим удельным сопротивлением, заряды сосредоточиваются в участках с повышенной проводимостью (реки, грунтовые воды). При наличии заземленных возвышающихся объектов (молниеотводы, дымовые трубы, высокие здания, смоченные дождем деревья) заряды стягиваются к вершине объекта, создавая там значительную напряженность поля. На первых стадиях развития лидерного канала напряженность электрического поля на его головке определяется собственными зарядами лидера и находящимися под облаком скоплениями объемных зарядов. Траектория движения лидера не связана с земными объектами. По мере опускания лидера все большее влияние начинают оказывать скопления зарядов на земле и возвышающихся объектах. Начиная с определенной высоты головки лидера (высота ориентировки), напряженность поля по одному из направлений оказывается наибольшей, и происходит ориентирование лидера на один из наземных объектов.19 1/м3, благодаря чему проводимость канала увеличивается по крайней мере в 100 раз. Во время развития обратного разряда через место удара проходит ток iM = v, где v – скорость обратного разряда. Процесс, происходящий при переходе лидерного разряда в обратный разряд, во многом аналогичен процессу замыкания на землю вертикального заряженного провода.

Если заряженный провод замыкается на землю через сопротивление r, то ток в месте заземления равен: где z = волновое сопротивление провода. Таким образом, и при разряде молнии ток в месте удара будет равен v только при сопротивлении заземления, равном нулю. При сопротивлениях заземления, отличных от нуля, ток в месте удара уменьшается. Количественно определить это уменьшение довольно трудно, так как волновое сопротивление канала молнии можно оценить лишь грубо приближенно. Имеются основания предполагать, что волновое сопротивление канала молнии уменьшается при увеличении тока, причем среднее значение примерно равно 200 – 300 Ом. В таком случае при изменении сопротивления заземления объекта от 0 до 30 Ом ток в объекте изменяется всего на 10%. Такие объекты в дальнейшем мы будем называть хорошо заземленными и считать, что через них проходит полный ток молнии iM = v. Основные параметры молнии и интенсивность грозовой деятельности Молнии с большими токами возникают крайне редко. Так, молнии с токами 200 кА возникают в 0,7…1,0% случаев от общего числа наблюдавшихся разрядов.

Число случаев ударов молний с величиной тока 20 кА составляет порядка 50%. Поэтому принято значения амплитуд токов молний представлять в виде кривых вероятностей (функций распределения), для которых по оси ординат откладывается вероятность появления токов молнии с максимальным значением. Основной количественной характеристикой молнии является ток, протекающий через пораженный объект, который характеризуется максимальным значением iM, средней крутизной фронта и длительностью импульса tи, которая равна времени уменьшения тока до половины максимального значения. В настоящее время наибольшее количество данных имеется по максимальным значениям тока молнии, измерение которой осуществляется простейшими измерительными приборами – магниторегистраторами, которые представляют собой цилиндрические стерженьки, изготовленные из стальных опилок или проволочек, запрессованных в пластмассу. Магниторегистраторы укрепляются вблизи возвышающихся объектов (молниеотводы, опоры линий передач) и располагаются вдоль силовых линий магнитного поля, которое возникает при прохождении тока молнии через объект. Так как для изготовления регистраторов применяются материалы, обладающие большой коэрцитивной силой, они сохраняют большую остаточную намагниченность.

Измеряя эту намагниченность, можно с помощью градуировочных кривых определить максимальное значение на магничивающего тока. Измерения магниторегистраторами не обеспечивают большой точности, однако этот недостаток частично компенсируется огромным количеством измерений, которые к настоящему времени исчисляются десятками тысяч. Располагая вблизи от поражаемого объекта рамку, замкнутую на индуктивную катушку, можно измерить крутизну тока молнии с помощью магниторегистратора, помещенного внутри катушки. Измерения показали, что токи молнии изменяются в широких пределах от нескольких килоампер до сотен килоампер, поэтому результаты измерения представляются в виде кривых вероятностей (функций распределения) токов молнии, на которых по оси абсцисс откладывается вероятность появления токов молнии с максимальным значением, превышающим значение, указываемое ординатой.

В Украине при расчетах грозозащиты используется кривая Для горных местностей ординаты кривой уменьшаются в 2 раза, так как при малых расстояниях от земли до облаков молния возникает при меньшей плотности зарядов в скоплениях, т. е. вероятность больших токов уменьшается. Значительно большие трудности представляет экспериментальное определение крутизны и длительности импульса тока молнии, поэтому количество экспериментальных данных по этим параметрам относительно невелико. Длительность импульса тока молнии в основном определяется временем распространения обратного разряда от земли до облака и в связи с этим изменяется в относительно узких пределах от 20 до 80-100 мкс. Средняя длительность импульса тока молнии близка к 50 мкс, что и определило выбор стандартного импульса.

Наиболее важными с точки зрения оценок грозовой стойкости РЭС являются: величина переносимого молнией заряда, ток в канале молнии, число повторных ударов по одному каналу и интенсивность грозовой деятельности. Все эти параметры определяются не однозначно и носят вероятностный характер. Заряд, переносимый молнией, колеблется в процессе разряда в пределах от долей кулона до нескольких десятков кулон. Средний заряд, опускаемый в землю многократной молнией, равен 15 – 25 Кл. Учитывая, что в среднем разряд молнии содержит три компоненты, следовательно, во время одной компоненты в землю переносится около 5 – 8 Кл. Из них в канал лидера стекает около 60% всего данного скопления зарядов, что составляет 3 – 5 Кл. Удар молнии в равнинные участки поверхности земли несет заряд 10 – 50 Кл (в среднем 25 Кл), при ударах молнии в горах – заряд 30 – 100 Кл (в среднем 60 Кл), при разрядах в телевизионные башни заряд достигает 160 Кл.

При разрядах молнии в землю в подавляющем большинстве (85 – 90%) в землю переносится отрицательный заряд. Заряд, стекающий в землю во время многократной молнии, изменяется в пределах от долей кулона до 100 Кл и более. Среднее значение этого заряда близко к 20 Кл. Заряд, спускаемый в землю во время гроз, по-видимому, играет существенную роль в поддержании отрицательного заряда земли. Интенсивность грозовой деятельности в различных климатических районах различается очень сильно. Как правило, количество гроз в течение года минимально в северных районах и постепенно увеличивается к югу, где повышенная влажность воздуха и высокая температура способствуют образованию грозовых облаков. Однако эта тенденция соблюдается не всегда. Существуют очаги грозовой деятельности и в средних широтах (например, в районе Киева), где создаются благоприятные условия для формирования местных гроз.

Интенсивность грозовой деятельности принято характеризовать числом грозовых дней в году или общей годовой продолжительностью гроз в часах. Последняя характеристика более правильна, так как число ударов молнии в землю зависит не от числа гроз, а от их общей продолжительности. Число грозовых дней или часов в году определяется на основании многолетних наблюдений метеорологических станций, обобщение которых позволяет составить карты грозовой деятельности, на которые наносятся линии равной продолжительности гроз – изокеранические линии. Средняя продолжительность гроз за один грозовой день для территории европейской части России и Украины 1,5-2 ч.

Эксперт БФУ им. И. Канта рассказал о наиболее встречающихся в Калининградской области типах молний

Грозы – нередкое атмосферное явление для летнего периода в Калининградской области.

Термин «гроза» объединяет комплекс атмосферных метеорологических явлений (дождь, шквалистый ветер, молнии, гром). Молния – искровой разряд, возникающий между тучами или между тучей и земной поверхностью. При электрическом разряде выделяется большое количество энергии, затрачивающейся на разогревание воздуха в узком канале, – трассе распространения электрического разряда. Из-за быстрого нагревания воздух резко расширяется и возникает ударная волна. Эта волна воспринимается как звук, называемый громом.

Удар молнии может причинить большие неприятности. Ее разрушающее воздействие обусловлено выделением тепловой энергии, от которой могут загораться или даже разрываться деревья, дома, башни. Для предотвращения поражения молнией на высоких домах и сооружениях устанавливают молниезащиту (иногда, не совсем точно, ее называют громоотводом) — металлические стержни, имеющие надежную токопроводящую связь с землей.

Как рассказал доктор наук, профессор института физико-математических наук и информационных технологий БФУ им. И. Канта Иван Карпов, существует разные типы электрических разрядов – молний, которые наблюдаются как в нижней, так и в верхней атмосфере (выше 50 км).

В нижней атмосфере (тропосфера), как правило, бывают линейные молнии облако-облако (разряд такой молнии происходит между облаками вдоль достаточно узкой траектории – трассы), или молния облако-земля. Причина образования таких молний – накопление электростатического заряда в грозовых облаках Трассы молний видятся как ломаные линии, что определяется локальной электропроводностью атмосферы.

Как отметил Иван Карпов, в Калининградской области чаще всего встречаются линейные молнии. Такие молниевые разряды характерны для нижней атмосферы, и Калининградская область здесь ничем не отличается от остальных регионов.

В верхней атмосфере (выше 50 км) наблюдаются особые виды молний: эльфы, джеты и спрайты. Это те электрические разряды, трассы которых направлены вверх.

 

“В последнее время молниевые разряды в средней и верхней атмосфере (50-120 км) привлекают внимание исследователей. Предполагается, что такие процессы отражают динамику нижних слоев атмосферы и могут служить индикатором метеорологических, сейсмических, тектонических и т.д. событий. Молниевые разряды на высотах ионосферы влияют на локальные характеристики ионосферы. Это может приводить к негативному влиянию на работу спутниковых систем связи, навигации и т.д. Шаровая молния – отдельный вид молнии, природа которой остается загадкой. Такая молния представляет собой движущийся в воздухе светящийся объект в форме шара. По свидетельствам очевидцев, шаровая молния может двигаться по непредсказуемой траектории, разделяться на более мелкие молнии, может взорваться, а может просто неожиданно исчезнуть. Существует множество гипотез о происхождении шаровой молнии, но ни одна пока не признана достоверной. Физические процессы, стабилизирующие горячую плазму (миллионы градусов) в объеме, неизвестны и непонятны. В лабораторных условиях получить шаровую молнию не удается”, – рассказал Иван Карпов.

По словам исследователя, чаще всего воздействию молний подвергаются горы, одиночные здания, высокие деревья, электротехнические сооружения, поскольку электрический разряд «облако-земля» идет по трассе с наиболее высокой электропроводностью (по пути наименьшего сопротивления).

Иван Карпов объяснил, по какой причине зачастую молния бьет в одно и тоже место:

 

 

“Трасса молниевого разряда на трассе «облако-земля» определяется особенностями формирования грозовых облаков и свойствами поверхности. Условия возникновения разряда могут меняться в зависимости от сезона, в то время как свойства поверхности (прежде всего особенности рельефа) изменяются слабо. Поэтому, повторяемость событий может быть высокая”.

Также профессор объяснил, почему раньше грозы сотрясали небо только поздней весной и летом, а сейчас случаются и зимой.

 

 

“Сезонная зависимость связана с естественным годовым ходом изменения атмосферы. При этом причины формирования грозовых облаков во многом связаны с процессами электризации воздуха. Вследствие климатических изменений, антропогенных факторов в атмосфере могут формироваться условия для развития грозовых облаков (накопления электрических зарядов) в необычное время”, – рассказал Иван Карпов.

 

 

По мнению Ивана Карпова, летать на самолетах или передвигаться на автомобиле в грозу достаточно опасно.

 

“Электрические разряды огромной мощности, конечно же, опасны для всех видов транспорта. Правда, люди, понимая физическую природу воздействия электрических разрядов на технику, научились минимизировать их последствия. Однако, конечно же, надо избегать попадания в такие ситуации”, – заявил исследователь.

 

 

Ссылка на оригинал статьи

Лазерный громоотвод на графене. Ученые в Австралии нашли способ управлять молниями

• Леонид Лунеев
• Би-би-си

13 ноября 2020

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Удар молнии – главная причина лесных пожаров в Австралии

Телепортирующий луч. Этот термин знаком всем, кто когда-нибудь смотрел сериал “Звездный путь”, он же “Стартрек”. Еще бы, команда “Beam me up, Scotty!” (“подними меня по лучу, Скотти”), которую капитан Кирк отдает своему старшему инженеру Монтгомери Скотту, чтобы тот телепортировал его обратно на космический корабль, давно стала расхожей.

Однако группа австралийских ученых (результаты их работы опубликованы в журнале Nature Communications) всерьез заинтересовалась этим вопросом и сейчас активно работают над созданием сверхточного лазерного луча, правда, предназначенного для перемещения в пространстве не людей, а молний.

Нет, это не эксперименты безумного профессора. Для новой разработки есть весьма веские причины: удары молний являются основной естественной причиной лесных пожаров в Австралии и все чаще приводят к пожарам в США, а о масштабах этих бедствий в последнее время знают все. Так что даже трудно вообразить, сколько жизней и имущества, а также огромных участков экосистемы можно было бы спасти, если научиться отводить удар молнии в безопасное место.

В новой системе лазерный луч зеркально отображает процесс возникновения молнии, прокладывая путь и намечая мишень для электрического разряда. Проще говоря, молния – это всего лишь электрический разряд (пусть и очень мощный), возникающий между положительно заряженной землей и отрицательно заряженной точкой в основании грозового облака.

Автор фото, UNSW Canberra

Подпись к фото,

Укротители молний: профессор Андрей Мирошниченко и доктор Владлен Шведов

“Мы создали невидимую нить, если угодно, ручку, которая может писать светом и вести электрический разряд с отклонением не больше десятой толщины человеческого волоса, – так для наглядности объясняет суть их работы физик из Университета Нового Южного Уэльса в Канберре Андрей Мирошниченко. – Но по сути мы лишь начинаем понимать, что значит эта совершенно новая технология”.

Снова графен

Лазерный луч, над которым работают исследователи, выполняет роль целеуказателя для электрического разряда, а проводником служат графеновые микрочастицы.

Надо признать, что полевые испытания системы нагрева воздуха с помощью лазера и управления молниями пока не проводились. Однако эксперименты в лаборатории, при которых были созданы атмосферные условия грозового неба, указывают на то, что справиться с электрическим разрядом настоящей молнии для лазерного луча не должно составить особого труда.

Новая технология обещает работать на больших расстояниях и не требует особой мощности луча, что делает всю систему точной, доступной и несложной в сборке.

Кстати, возможность если не телепортировать предметы, то хотя бы надежно контролировать электрический разряд – может найти применение во многих сферах: от производства до медицины, где, к примеру, можно было бы удалять раковые опухоли без инвазивной хирургии.

Гроза, причины её образования и особенности

Гроза – одно из самых опасных явлений природы. Представляет оно собой электрические разряды – молнии, возникающие возле и внутри облаков, сопровождающиеся раскатами грома (колебания воздуха от разрядов молнии).

Образование грозовых облаков и их классификация

Грозовые облака образуются из кучевых облаков. Сперва они проходят стадию зрелости (развитие облака), после чего наступает стадия распада (выпадают осадки, сопровождаемые электрическими разрядами).
Для образования грозовых облаков необходимо наличие восходящих потоков влаги, причём достаточно большого количества. Это возможно рядом с крупными водоёмами или в горах, за счёт восходящих горных потоков воздуха. Стремясь обогнуть природное препятствие, воздух устремляется вверх, и этого достаточно для формирования облаков. Также образование облаков возможно благодаря процессам, происходящим на атмосферных фронтах (вытеснении холодным воздухом тёплого или подъёме последнего).

По характеристикам грозовых облаков, их можно разделить на 4 типа:

• – Одноячейковое.
  Явление носит слабо выраженный характер, едва заметно.
• – Многоячейковые кластерные.
  Грозы, возникающие при таком типе облаков, самые частые. Имеют они не очень большую силу.
• – Многоячейковые линейные.
  Данный тип облаков может похвастаться наличием мощных порывов ветра, сопровождающих явление. Хотя само оно не особенно и сильное.
• – Суперъячейковые.
  Самые сильные, редкие и опасные. Основным их отличием является вращение воздушных масс, что приводит к возникновению разрушительных смерчей (торнадо).

Опасность грозы

Данное природное явление столь опасно даже не молниями, а крупным градом, ливнями и сильнейшим ветром, которые в большинстве случаев неразлучны с грозой, поскольку возникает явление в мощных кучево-дождевых облаках.

Интересно, что сейчас в мире активны около полутора тысяч гроз, как и в любой другой момент времени. Каждую секунду в мире сверкает сотня молний. Можно себе представить, насколько частым явлением является гроза, не правда ли? А если вспомнить, что сопровождается явление обильными осадками, можно также представить, какие разрушения наносят потоки воды. В некоторых регионах они являются причиной гибели тысяч людей. Ну и не стоит забывать про сильный ветер, являющийся причиной многих разрушений. Да и сами электрические разряды весьма опасны.

Образование озона

Столь большое количество гроз, бушующих по всему миру, приносят огромную пользу. Дело в том, что во время электрических разрядов в стратосфере Земли образуется озон. Именно из него состоит озоновый слой, защищающий нашу планету от губительного солнечного излучения.

В то же время, этот самый озон нас и убивает. Ведь является он отнюдь не безопасным, и во время грозы образуется не только высоко в атмосфере, но и над самой землёй. Чувствовали когда-нибудь после грозы особенно свежий воздух? Именно этот свежий воздух и приносит нашему организму серьёзный вред, особенно дыхательной системе. Поэтому во время грозы необходимо закрывать все окна и двери, и ни в коем случае не выходить на улицу. Озон рассеивается в течение 1-2 часов после окончания явления, и лишь тогда можно покидать дом.

Меры предосторожности при грозе

• 1. Уйти с открытых пространств, ведь нахождение на них поднимает шансы получить разряд молнии (за счёт того, что человек выше окружающих объектов).
• 2. Не забираться на любые возвышенности по этой же причине.
• 3. Не стоять под высокими объектами (дерево, столб, поскольку молния может в них ударить), также избегать линий электропередач.
• 4. Избавиться от всех металлических предметов (они притягивают молнии).
• 5. Не плавать в водоёмах, поскольку вода отлично проводит электрический ток.
• 6. Не находиться возле окон.
• 7. Находясь в помещении, закрыть окна и двери.
• 8. Не покидать дом хотя бы 1 час после завершения явления.

Что вызывает молнии и гром?

Зап! Вы только что коснулись металлической дверной ручки после того, как шаркали ногами на резиновой подошве по ковру. Ура! Вас ударила молния! Ну, не совсем, но идея та же.

Ваши туфли на резиновой подошве улавливают паразитные электроны с ковра. Эти электроны накапливаются на вашей обуви, создавая статический заряд. (Статический означает неподвижность.) Статические заряды всегда «ищут» первую возможность «сбежать» или разрядиться.Ваш контакт с металлической дверной ручкой – ручкой автомобиля или чем-либо, что проводит электричество – предоставляет такую ​​возможность, и лишние электроны прыгают на нее.

Что вызывает молнию?

Итак, есть ли у грозовых облаков резиновые башмаки? Не совсем так, но внутри облака происходит много перетасовки.

Молния возникает как статический заряд в дождевом облаке. Ветры внутри облака очень сильные. Капли воды в нижней части облака захватываются восходящими потоками и поднимаются на большую высоту, где их замораживает более холодная атмосфера.Тем временем нисходящие потоки в облаке толкают лед и падают с вершины облака. Там, где идущий вниз лед встречает поднимающуюся воду, электроны отрываются.

Это немного сложнее, но в результате получается облако с отрицательно заряженным дном и положительно заряженным верхом. Эти электрические поля становятся невероятно сильными, а атмосфера в облаке действует как изолятор между ними.

Когда сила заряда превосходит изоляционные свойства атмосферы, Z-Z-Z-ZAP! Происходит молния.

Как молния «знает», где разрядиться или ударить?

Электрическое поле «ищет» дверную ручку. Вроде, как бы, что-то вроде. Он ищет ближайший и самый простой путь для высвобождения заряда. Часто молнии возникают между облаками или внутри облака.

Но обычно мы больше всего заботимся о молнии, которая переходит от облаков к земле, потому что это мы!

Когда шторм движется по земле, сильный отрицательный заряд в облаке притягивает положительные заряды в земле.Эти положительные заряды проникают в самые высокие объекты, такие как деревья, телефонные столбы и дома. «Ступенчатый лидер» отрицательного заряда спускается из облака, ища путь к земле. Хотя эта фаза удара молнии слишком быстрая для человеческого глаза, это замедленное видео показывает, как это происходит.

Когда отрицательный заряд приближается к земле, положительный заряд, называемый стримером, достигает уровня, чтобы встретить отрицательный заряд. Каналы соединяются, и мы видим удар молнии.Мы можем увидеть несколько ударов по одному и тому же пути, придающих молнии мерцающий вид, прежде чем электрический разряд завершится.

Щелкните для увеличения анимированного изображения

.

Что вызывает гром?

За доли секунды молния нагревает воздух вокруг себя до невероятных температур – до 54 000 ° F (30 000 ° C). Это в пять раз горячее, чем поверхность Солнца!

Нагретый воздух взрывно расширяется, создавая ударную волну, поскольку окружающий воздух быстро сжимается.Затем воздух быстро сжимается при охлаждении. Это создает начальный звук ТРЕЩИН, за которым следует грохот, поскольку столб воздуха продолжает вибрировать.

Если мы смотрим в небо, мы видим молнию раньше, чем слышим гром. Это потому, что свет распространяется намного быстрее, чем звуковые волны. Мы можем оценить расстояние до молнии, посчитав, сколько секунд проходит, пока мы не услышим гром. Звук преодолевает 1 милю за 5 секунд. Если гром следует за молнией почти мгновенно, вы знаете, что молния слишком близко для комфорта!

Как выглядит молния из космоса?

Молния, наблюдаемая геостационарным картографом (GLM) GOES-16, освещает штормы, развивающиеся над юго-востоком Техаса утром 14 февраля 2017 года.

Молния – важная часть прогноза погоды. Инструмент Geostationary Lightning Mapper на спутниках серии GOES-R может обнаруживать грозовую активность почти во всем Западном полушарии.

Ученые используют данные со спутников серии GOES-R, а также данные датчика изображения молний на спутнике НАСА по измерению тропических осадков для изучения молний. Эта полная картина молнии в любой момент времени улучшит «текущее распространение» опасных гроз, торнадо, града и внезапных наводнений.

Суровая погода 101: Основные сведения о молниях

Суровая погода 101

Основы Lightning

Что такое молния?

Молния – это гигантская электрическая искра в атмосфере между облаками, воздухом или землей. На ранних стадиях развития воздух действует как изолятор между положительными и отрицательными зарядами в облаке и между облаком и землей.Когда противоположные заряды накапливаются достаточно, эта изолирующая способность воздуха разрушается, и происходит быстрый разряд электричества, который мы называем молнией. Вспышка молнии временно выравнивает заряженные области в атмосфере до тех пор, пока противоположные заряды не накопятся снова.

Молния может возникать между противоположными зарядами в грозовом облаке (внутриоблачная молния) или между противоположными зарядами в облаке и на земле (молния облако-земля).

Молния – одно из старейших наблюдаемых природных явлений на Земле.Его можно увидеть в извержениях вулканов, чрезвычайно интенсивных лесных пожарах, ядерных взрывах на поверхности, сильных метелях, сильных ураганах и, очевидно, в грозах. .

Подробнее об исследовании молний NSSL читайте здесь.

Что вызывает гром?

Молния вызывает гром! Энергия из канала молнии нагревает воздух на короткое время примерно до 50 000 градусов по Фаренгейту, что намного горячее, чем поверхность Солнца. Это приводит к тому, что воздух взрывается наружу.Огромное давление в исходной исходной ударной волне быстро уменьшается с увеличением расстояния и в пределах десяти ярдов или около того становится достаточно маленьким, чтобы восприниматься как звук, который мы называем громом.

Гром можно услышать на расстоянии до 25 миль от разряда молнии, но частота звука меняется с расстоянием от каналов молнии, которые его производят, потому что более высокие частоты быстрее поглощаются воздухом. Очень близко к молнии, первый гром, который вы слышите, исходит из ближайших каналов, которые производят рвущий звук, потому что этот гром содержит высокие частоты.Через несколько секунд вы слышите резкий щелчок или громкий треск из каналов молнии чуть дальше, а через несколько десятков секунд гром из самой отдаленной части вспышки стихает до низкочастотного грохота.

Поскольку свет распространяется по воздуху примерно в миллион раз быстрее звука, вы можете использовать гром, чтобы оценить расстояние до молнии. Просто посчитайте количество секунд от момента появления вспышки до момента, когда вы услышите молнию. Звук распространяется примерно на одну пятую мили в секунду или одну треть километра в секунду, поэтому деление количества секунд на 5 дает количество миль до вспышки, а деление на 3 дает количество километров.

Куда бьет молния?

Большинство, если не все, вспышки молний, ​​вызванные штормами, начинаются внутри облака. Если вспышка молнии ударит по земле, канал будет направлен вниз к поверхности. Когда он проходит менее чем примерно в сотне ярдов от земли, такие объекты, как деревья, кусты и здания, начинают посылать искры, встречая его. Когда одна из искр соединяет развивающийся вниз канал, мощный электрический ток быстро проходит по каналу к объекту, который произвел искру.Высокие объекты, такие как деревья и небоскребы, с большей вероятностью, чем окружающая земля, произведут одну из соединяющих искр, и, следовательно, с большей вероятностью будут поражены молнией. Горы также являются хорошими целями. Однако это не всегда означает, что высокие предметы будут поражены. Молния может ударить по земле в открытом поле, даже если линия деревьев находится рядом.

Что вызывает молнию?

Создание молнии – сложный процесс. Обычно мы знаем, какие условия необходимы для возникновения молнии, но до сих пор ведутся споры о том, как именно облако накапливает электрические заряды и как образуется молния.Ученые считают, что первоначальный процесс создания областей заряда во время грозы включает в себя мелкие частицы града, называемые крупой, которые составляют примерно от четверти миллиметра до нескольких миллиметров в диаметре и растут за счет сбора еще более мелких капель переохлажденной жидкости. Когда эти частицы крупы сталкиваются и отскакивают от более мелких частиц льда, крупа приобретает один знак заряда, а более мелкая частица льда приобретает другой знак заряда. Поскольку более мелкие частицы льда поднимаются в восходящем потоке быстрее, чем частицы крупы, заряд на частицах льда отделяется от заряда на частицах крупы, и заряд на частицах льда накапливается над зарядом на частицах крупы.

Лабораторные исследования показывают, что крупа приобретает положительный заряд при температурах немного ниже 32 градусов по Фаренгейту, но получает отрицательный заряд при более низких температурах, немного выше во время шторма. Ученые считают, что две области с наибольшим зарядом в большинстве штормов вызваны в основном крупой, несущей отрицательный заряд в середине шторма, и частицами льда, несущими положительный заряд в верхней части шторма. Однако небольшая область положительного заряда часто находится ниже области основного отрицательного заряда из-за того, что крупа набирает положительный заряд на более низких, более теплых высотах.Небольшие частицы льда, которые столкнулись с отрицательной крупой в нижней части, могут внести положительный заряд в середину шторма.

Концептуальная модель, разработанная NSSL и университетскими учеными, показывает распределение электрического заряда внутри глубокой конвекции (грозы). В основном восходящем потоке (внутри и над красной стрелкой) есть четыре области основных зарядов. В конвективной области, но за пределами вытяжки (внутри и над синей стрелкой) имеется более четырех областей заряда.

Вы можете узнать больше о молниях в онлайн-школе погоды JetStream Национальной службы погоды.

Как электрический заряд распространяется во время грозы?

Распределение заряда в грозовых облаках [+]

Концептуальная модель, разработанная NSSL и университетскими учеными, показывает распределение электрического заряда внутри глубокой конвекции (грозы). В основном восходящем потоке (внутри и над красной стрелкой) есть четыре области основных зарядов.В конвективной области, но за пределами вытяжки (внутри и над синей стрелкой) имеется более четырех областей заряда.

Исследователи NSSL используют трехмерную облачную модель для исследования полного жизненного цикла гроз. Модель показала, как крупа или другие капли могут помочь сформировать области с более низким зарядом во время шторма.

Команда

NSSL запускает инструментальный метеозонд для изучения молний в северной Флориде. [+]

Исследователи NSSL были пионерами в области запуска метеозонд с инструментами во время грозы.Эта возможность позволила NSSL собирать данные о погоде в непосредственной близости от торнадо и сухих линий, а также во время грозы, собирая критически необходимые наблюдения в условиях, близких к грозам. Кроме того, эти мобильные лаборатории и аэростатные системы предоставили первые вертикальные профили электрических полей внутри грозы, что привело к новой концептуальной модели электрических структур в конвективных бурях.

Один из способов проверки своих теорий исследователями – это измерения сильных гроз в полевых условиях и последующий анализ результатов.Крупномасштабные полевые эксперименты с участием многих приборов, в которых основное внимание уделяется атмосферному электричеству, включают эксперимент по глубоким конвективным облакам и химии (DC3), исследование электрификации MCS и поляриметрического радара, исследование сильной грозовой электрификации и осадков и эксперимент по электрификации грозы и молниям.

Более суровая погода 101:

← Часто задаваемые вопросы о наводнениях Типы молний →

Что вызывает молнии?

Гроза в сельской местности.Кредит: noaanews.noaa.gov

Гром и молния. Когда дело доходит до сил природы, мало что вызывает столько страха, благоговения или восхищения, не говоря уже о легендах, мифах и религиозных представлениях. Как и все в естественном мире, то, что изначально рассматривалось как действие Богов (или других сверхъестественных причин), с тех пор стало признано естественным явлением.

Но, несмотря на все, что люди узнали на протяжении веков, когда дело доходит до молнии, остается некоторая загадка.Эксперименты проводились со времен Бенджамина Франклина; однако мы по-прежнему сильно полагаемся на теории о том, как ведет себя освещение.

Описание:

По определению, молния – это внезапный электростатический разряд во время грозы. Этот разряд позволяет заряженным областям в атмосфере временно уравновесить себя, когда они ударяются об объект на земле. Хотя молния всегда сопровождается звуком грома, далекие молнии можно увидеть, но они находятся слишком далеко, чтобы можно было услышать гром.

Типы:

Молния может принимать одну из трех форм, которые определяются тем, что находится на «конце» канала ответвления (т. Е. Молния). Например, существует внутриоблачное освещение (IC), которое происходит между электрически заряженными областями облака; освещение облака в облако (CC), когда оно происходит между одним функциональным грозовым облаком и другим; и молния облако-земля (CG), которая в основном возникает в грозовом облаке и заканчивается на поверхности Земли (но может также возникать в обратном направлении).

Внутриоблачная молния чаще всего возникает между верхней (или «наковальней») частью и нижней частью данной грозы. В таких случаях наблюдатель может видеть только вспышку света, не слыша грома. Термин «тепловая молния» здесь часто применяется из-за связи между ощущаемой на месте теплотой и удаленными вспышками молнии.

В случае молнии «облако-облако» заряд обычно исходит из-под наковальни или внутри нее и карабкается через верхние слои облаков во время грозы, обычно генерируя разряд молнии с множеством ответвлений.

Облако-земля (CG) – самый известный тип молнии, хотя он является третьим по распространенности – на него приходится примерно 25% случаев во всем мире. В этом случае молния принимает форму разряда между грозовым облаком и землей, обычно имеет отрицательную полярность и инициируется ступенчатой ​​ветвью, движущейся вниз от облака.

Молния

CG является наиболее известной, потому что, в отличие от других форм молнии, она заканчивается на физическом объекте (чаще всего на Земле) и, следовательно, поддается измерению с помощью инструментов.Кроме того, он представляет наибольшую угрозу для жизни и имущества, поэтому понимание его поведения рассматривается как необходимость.

Недвижимость:

Освещение возникает, когда в атмосфере возникают восходящие и нисходящие потоки ветра, создавая механизм зарядки, который разделяет электрические заряды в облаках, оставляя отрицательные заряды внизу и положительные вверху. По мере того, как заряд в нижней части облака продолжает расти, разность потенциалов между облаком и землей, которая заряжена положительно, также увеличивается.

Когда пробой в нижней части облака создает карман положительного заряда, образуется канал электростатического разряда, который начинает двигаться вниз с шагом в десятки метров в длину. В случае молнии IC или CC этот канал затем направляется в другие карманы областей положительных зарядов. В случае ударов КГ ступенчатый лидер притягивается к положительно заряженной земле.

Многие факторы влияют на частоту, распределение, силу и физические свойства «типичной» молнии в определенном регионе мира.К ним относятся высота земли, широта, преобладающие ветровые течения, относительная влажность, близость к теплым и холодным водоемам и т. Д. В определенной степени соотношение между IC, CC и CG молнией также может варьироваться в зависимости от сезона в средних широтах.

Около 70% молний происходит над сушей в тропиках, где атмосферная конвекция наиболее высока. Это происходит как из-за смеси более теплых и более холодных воздушных масс, так и из-за различий в концентрациях влаги, и обычно это происходит на границах между ними.В тропиках, где уровень замерзания, как правило, выше в атмосфере, только 10% вспышек молний являются компьютерными. На широте Норвегии (около 60 ° северной широты), где точка замерзания ниже, 50% молний приходится на КГ.

Эффекты:

В общем, молния оказывает на окружающую среду три измеримых воздействия. Во-первых, это прямое воздействие самого удара молнии, которое может привести к повреждению конструкции или даже физическому ущербу. Когда молния поражает дерево, оно испаряет сок, что может привести к взрыву ствола или к отрыву больших ветвей и их падению на землю.

Когда молния ударяет в песок, почва, окружающая плазменный канал, может плавиться, образуя трубчатые структуры, называемые фульгуритами. Здания или высокие сооружения, пораженные молнией, могут быть повреждены, поскольку молния ищет непреднамеренные пути к земле. И хотя примерно 90% людей, пораженных молнией, выживают, люди или животные, пораженные молнией, могут получить серьезные травмы из-за повреждения внутренних органов и нервной системы.

Гром также является прямым результатом электростатического разряда. Поскольку плазменный канал перегревает воздух в непосредственной близости от него, газообразные молекулы подвергаются быстрому увеличению давления и, таким образом, расширяются наружу от молнии, создавая слышимую ударную волну (иначе.гром). Поскольку звуковые волны распространяются не от одного источника, а по длине пути молнии, различные расстояния до источника могут вызывать эффект качения или грохота.

Излучение высокой энергии также возникает в результате удара молнии. К ним относятся рентгеновские лучи и гамма-лучи, которые были подтверждены посредством наблюдений с использованием электрического поля и детекторов рентгеновского излучения, а также космических телескопов.

Исследования:

Первое систематическое и научное исследование молнии было проведено Бенджамином Франклином во второй половине 18 века.До этого ученые выяснили, как электричество можно разделить на положительные и отрицательные заряды и сохранить. Они также отметили связь между искрами, производимыми в лаборатории, и молнией.

Франклин предположил, что облака электрически заряжены, из чего следовало, что сама молния была электрической. Первоначально он предложил проверить эту теорию, поместив железный стержень рядом с заземленным проводом, который будет удерживаться на месте изолированной восковой свечой. Если бы облака были электрически заряжены, как он ожидал, то между железным стержнем и заземленным проводом прыгали искры.

В 1750 году он опубликовал предложение, согласно которому воздушный змей будет запускаться во время шторма для привлечения молнии. В 1752 году Томас Франсуа Д’Алибар успешно провел эксперимент во Франции, но использовал 12-метровый железный стержень вместо воздушного змея для образования искр. К лету 1752 года Франклин, как полагают, сам проводил эксперимент во время сильного шторма, обрушившегося на Филадельфию.

Для своей усовершенствованной версии эксперимента Фрэнкинг атаковал ключ к воздушному змею, который был соединен влажной нитью с изолирующей шелковой лентой, обернутой вокруг суставов руки Франклина.Между тем тело Франклина обеспечивало проводящий путь для электрических токов к земле. Франклин не только показал, что грозы содержат электричество, но и сделал вывод о том, что нижняя часть грозы, как правило, также была отрицательно заряжена.

Незначительный прогресс был достигнут в понимании свойств молнии до конца 19 века, когда фотографии и спектроскопические инструменты стали доступны для исследования молний. В этот период многие ученые использовали фотографию с временным разрешением для идентификации отдельных ударов молнии, которые образуют разряд молнии на землю.

Множественные пути молнии из облака в облако, Свифтс-Крик, Австралия. Кредит: fir0002 / flagstaffotos.com.au

Исследования молний в наше время восходят к работе C.T.R. Уилсон (1869 – 1959), который первым применил измерения электрического поля для оценки структуры грозовых зарядов, участвующих в грозовых разрядах. Уилсон также получил Нобелевскую премию за изобретение Туманной камеры, детектора частиц, используемого для определения присутствия ионизированного излучения.

К 1960-м годам интерес вырос благодаря жесткой конкуренции, вызванной космической эрой. Когда космические корабли и спутники отправлялись на орбиту, были опасения, что молния может создать угрозу для аэрокосмических аппаратов и твердотельной электроники, используемой в их компьютерах и инструментах. Кроме того, улучшенные возможности измерений и наблюдений стали возможны благодаря усовершенствованию космических технологий.

В дополнение к наземному обнаружению молний, ​​на борту спутников было сконструировано несколько приборов для наблюдения за распределением молний.К ним относятся оптический детектор переходных процессов (OTD) на борту спутника OrbView-1, запущенного 3 апреля 1995 г., и последующий датчик изображения молнии (LIS) на борту TRMM, запущенный 28 ноября 1997 г.

Вулканическая молния:

Вулканическая активность может создавать благоприятные для молнии условия несколькими способами. Например, мощный выброс огромного количества материала и газов в атмосферу создает плотный шлейф из сильно заряженных частиц, который создает идеальные условия для молнии.Кроме того, плотность золы и постоянное движение в шлейфе постоянно вызывают электростатическую ионизацию. Это, в свою очередь, приводит к частым и мощным вспышкам, поскольку шлейф пытается нейтрализовать себя.

Этот тип грозы часто называют «грязной грозой» из-за высокого содержания твердого вещества (золы). На протяжении всей истории было зарегистрировано несколько случаев вулканических молний. Например, во время извержения Везувия в 79 году нашей эры Плиний Младший заметил несколько мощных и частых вспышек, происходящих вокруг вулканического шлейфа.

Внеземная молния:

Частота ударов молний по всему миру, по данным НАСА. Предоставлено: Википедия / Citynoise.

Молния наблюдалась в атмосферах других планет нашей Солнечной системы, таких как Венера, Юпитер и Сатурн. В случае Венеры первые признаки того, что в верхних слоях атмосферы могут присутствовать молнии, были обнаружены советскими миссиями «Венера» и США «Пионер» в 1970-х и 1980-х годах.Радиоимпульсы, зарегистрированные космическим аппаратом Venus Express (в апреле 2006 г.), были подтверждены как происхождение от молнии на Венере.

Грозы, похожие на земные, наблюдались на Юпитере. Считается, что они являются результатом влажной конвекции в тропосфере Юпитера, где конвективные шлейфы переносят влажный воздух из глубин в верхние части атмосферы, где он затем конденсируется в облака размером около 1000 км.

Серия ударов молнии, снятая камерой Nightpod на борту МКС над Римом в 2012 году.Предоставлено: ESA / NASA / André Kuipers.

Изображение ночного полушария Юпитера, полученное Галилеем в 1990 году и космическим кораблем Кассини в декабре 2000 года, показало, что штормы всегда связаны с молниями на Юпитере. Хотя удары молнии в среднем в несколько раз мощнее, чем на Земле, они, по-видимому, менее часты. Несколько вспышек были обнаружены в полярных регионах, что сделало Юпитер второй известной планетой после Земли, на которой наблюдаются полярные молнии.

Освещение также наблюдалось на Сатурне. Первый случай произошел в 2010 году, когда космический зонд «Кассини» обнаружил вспышки на ночной стороне планеты, что совпало с обнаружением мощных электростатических разрядов. В 2012 году изображения, сделанные зондом «Кассини» в 2011 году, показали, что массивный шторм, охвативший северное полушарие, также генерировал мощные вспышки молний.

• В результате удара молнии на песчаном участке образовался фульгерит.Кредит: blogs.discovermagazine.com
• Вулкан Колима (Volcán de Colima) на снимке 29 марта 2015 года с молнией. Предоставлено: Сезар Канту.
• Художественная концепция грозы Венеры. Предоставлено: НАСА.

---

Ученый ищет новые идеи для изучения молнии

---

Ссылка : Что вызывает молнию? (2015, 10 июля) получено 13 августа 2021 г. с https: // физ.org / news / 2015-07-lightning.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Что вызывает гром и молнию?

Если в воздухе достаточно нестабильности, восходящий поток теплого воздуха будет быстрым, и водяной пар быстро образует кучево-дождевое облако.Обычно эти кучево-дождевые облака могут образоваться менее чем за час.

По мере того, как теплый воздух продолжает подниматься, капли воды объединяются, образуя более крупные капли, которые при замерзании образуют кристаллы льда. В результате циркуляции воздуха в облаках вода замерзает на поверхности капли или кристалла. В конце концов, капли становятся слишком тяжелыми, чтобы их поддерживать восходящие потоки воздуха, и они падают в виде града.

Когда град перемещается внутри облака, он накапливает отрицательный заряд, труясь о более мелкие положительно заряженные кристаллы льда.Отрицательный заряд образуется у основания облака, где собирается град, в то время как более легкие кристаллы льда остаются в верхней части облака и создают положительный заряд.

Отрицательный заряд притягивается к поверхности Земли, другим облакам и объектам. Когда притяжение становится слишком сильным, положительный и отрицательный заряды объединяются или разряжаются, чтобы уравновесить разницу во вспышке молнии (иногда известной как удар молнии или удар молнии). Быстрое расширение и нагрев воздуха, вызванное молнией, вызывает сопровождающий громкий хлопок грома.

Где образуются грозы?

Грозы – обычное явление на Земле. По оценкам, молния поражает где-то на поверхности Земли примерно 44 раза в секунду, в общей сложности почти 1,4 миллиарда ударов молнии ежегодно.

Поскольку грозы возникают в результате интенсивного нагрева поверхности Земли, они наиболее распространены в регионах земного шара с жаркой и влажной погодой. Следовательно, на суше больше штормов, чем на океанах, а грозы также более часты в тропических районах, чем в более высоких широтах.

В Великобритании грозы чаще всего бывают над Восточным Мидлендсом и юго-востоком.

молния | Напряжение, причины и факты

молния , видимый разряд электричества, который возникает, когда область облака приобретает избыточный электрический заряд, положительный или отрицательный, достаточный, чтобы сломать сопротивление воздуха.

Далее следует краткое описание молнии. Более подробное обсуждение молнии в метеорологическом контексте см. В разделе «Электрификация грозы» в статье «Гроза».

Молния обычно связана с кучево-дождевыми облаками (грозовыми облаками), но она также возникает в слоистых облаках (слоистые облака с большой горизонтальной протяженностью), во время метелей и пыльных бурь, а иногда и в пыли и газах, выделяемых извергающимися вулканами. Во время грозы молния может возникать внутри облака, между облаками, между облаком и воздухом или между облаком и землей.

Изучите науку о ударах молнии и посмотрите, как клетки Фарадея или костюмы Фарадея направляют молнию от объектов, которые они содержат.

Физика ударов молний и как клетки Фарадея или костюмы Фарадея направляют молнию от объектов, которые они содержат.

© MinuteEarth (издательский партнер Britannica) См. Все видео к этой статье

Молния возникает, когда в облаке возникают области избыточного положительного и отрицательного заряда. Обычно имеется большой объем положительного заряда в верхних областях облака, большой отрицательный заряд в центре и небольшой положительный заряд в нижних областях. Эти заряды находятся на каплях воды, частицах льда или на том и другом.

Распределение электрических зарядов во время грозы

Когда электрические заряды становятся достаточно разделенными в грозовом облаке, при этом некоторые области приобретают отрицательный заряд, а другие – положительный, становится вероятным разряд молнии.Около одной трети вспышек молний проходит от облака до земли; большинство из них происходит из отрицательно заряженных областей облака.

Британская энциклопедия, Inc. Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Молния между облаком и землей инициируется предварительным процессом пробоя в облаке, обычно между центральной областью отрицательного заряда и небольшим положительным зарядом под ним. Этот процесс создает канал частично ионизированного воздуха – воздуха, в котором нейтральные атомы и молекулы были преобразованы в электрически заряженные.Затем формируется ступенчатый лидер (начальный удар молнии), который распространяется вниз по каналам, созданным в процессе предварительного пробоя. Лидер сильно разветвлен по направлению своего распространения. Большинство каналов-лидеров заряжены отрицательно. Когда ступенчатый лидер приближается к земле, восходящий соединительный разряд противоположной полярности поднимается и встречается с ним в точке, обычно на высоте около 30 метров (100 футов) над землей. Когда соединение завершено, облако эффективно соединяется с землей, и очень яркий обратный удар распространяется обратно к облаку со скоростью около одной трети скорости света, следуя за каналом лидера.Типичная молния, падающая на землю, состоит из трех или четырех последовательностей ударов лидера-возвратного удара в быстрой последовательности. Иногда при ударе о гору или высокое здание первый лидер начинает с земли и продвигается вверх.

сработала молния

сработала молния. Этот разряд вызван наличием высокой башни на вершине горы Сан-Сальваторе, недалеко от Лугано, Швейцария.

Ричард Э. Орвилл

Раскройте науку о явлениях молнии и грома

Узнайте о молнии и громе.

Contunico © ZDF Enterprises GmbH, Майнц Просмотреть все видеоролики к этой статье

Разница потенциалов между облаком и землей составляет от 10 до 100 миллионов вольт, а пиковые токи в ответных ударах к отрицательным лидерам обычно составляют около 30 000 ампер. . Пиковая температура в канале обратного хода составляет порядка 30 000 ° C (50 000 ° F). Весь процесс очень быстрый; ход лидера достигает земли примерно за 30 миллисекунд, а обратный ход достигает центра облака примерно за 100 микросекунд.На этом этапе в канале молнии рассеивается примерно 105 джоулей энергии на метр. Эта внезапная диссипация разделяет молекулы воздуха в канале – в основном, азота, кислорода и воды – на соответствующие атомы, и в среднем один электрон удаляется из каждого атома. Превращение нейтральных молекул воздуха в полностью ионизированную плазму происходит за несколько микросекунд.

Гром возникает в результате быстрого нагрева воздуха в канале молнии и последующего увеличения давления воздуха.Давление, создаваемое ударной плазмой, которое намного превышает давление окружающей атмосферы, заставляет канал расширяться со сверхзвуковой скоростью, что в конечном итоге производит звуковую волну, слышимую как гром. Хлопки, раскаты и грохот, характерные для звука грома, производятся сложной геометрией и извилистостью канала молнии, а также влиянием атмосферы и местной топографии на распространение звука.

молния и гром

(вверху) Как показано на диаграмме, время между появлением вспышки молнии и громом составляет примерно три секунды на каждый километр или пять секунд на каждую милю.(Внизу) Относительное расстояние наблюдателя от основного канала молнии и его вторичных ветвей определяет, слышен ли гром, начавшийся с внезапного хлопка или более мягкого грохота.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Молния представляет собой серьезную погодную опасность и происходит со средней частотой от 50 до 100 разрядов в секунду во всем мире. Громоотводы и металлические проводники могут использоваться для защиты конструкции путем перехвата и отвода тока молнии в землю настолько безвредно, насколько это возможно.Когда существует вероятность возникновения молнии, людям рекомендуется оставаться в помещении или в машине, подальше от открытых дверей и окон и избегать контакта с любыми электрическими приборами или водопроводом, которые могут подвергаться воздействию внешней среды.

Что вызывает звук грома?

Ответ

Гром возникает из-за быстрого расширения воздуха, окружающего путь разряда молнии.

Муссонный шторм, вызвавший разветвленную молнию в Центре посетителей Красных холмов в национальном парке Сагуаро в Аризоне. Пит Грегуар, фотограф, NOAA Weather in Focus Photo Contest 2015. Библиотека фотографий NOAA.

От облаков до ближайшего дерева или крыши молнии требуется всего несколько тысячных секунды, чтобы разлететься в воздухе. Обычно говорят, что громкий гром, который следует за разрядом молнии, исходит от самого молнии. Однако ворчание и рычание, которое мы слышим во время грозы, на самом деле происходят из-за быстрого расширения воздуха, окружающего молнию.

Когда молния соединяется с землей из облаков, второй удар молнии возвратится от земли к облакам по тому же каналу, что и первый удар.Тепло от электричества этого обратного хода повышает температуру окружающего воздуха примерно до 27 000 C ° (48 632 F °). Быстрое повышение температуры приводит к быстрому увеличению давления воздуха, которое в 10-100 раз превышает нормальное атмосферное давление. Под таким давлением нагретый воздух вырывается наружу из канала, сжимая окружающий воздух. Когда нагретый воздух расширяется, давление падает, воздух охлаждается и сжимается. Результатом является ударная волна с громким грохочущим взрывом шума, разносящимся во всех направлениях.

Огромное облако предвещает грозу над Грумом, крошечным поселением на старом американском шоссе 66 в Техасском районе. Кэрол М. Хайсмит, фотограф, 2014. Отдел эстампов и фотографий, Библиотека Конгресса.

Поскольку электричество проходит по кратчайшему пути, большинство разрядов молний близки к вертикали. Ударные волны, приближающиеся к земле, сначала достигают вашего уха, а затем ударные волны падают сверху. Вертикальные молнии часто слышны в одном долгом грохоте.Однако, если молния раздваивается, звуки меняются. Ударные волны от разных ответвлений молний отражаются друг от друга, от низко нависающих облаков и близлежащих холмов, создавая серию более низких, непрерывных грохотов грома.

Молния. Оклахома, 2009. Коллекция Национальной лаборатории сильных штормов, фото-библиотека NOAA.

Интересные факты о громе

• Чтобы определить, насколько близко молния, посчитайте секунды между вспышкой и ударом грома. Каждая секунда соответствует примерно 300 м (984.25 футов).
• Гром слышен не только во время грозы. Нечасто, но не редко, слышать гром, когда идет снег.
• Молния не всегда создает гром. В апреле 1885 года пять молний ударили в памятник Вашингтону во время грозы, но грома не было слышно.

Линия застройки кучево-дождевых гроз. Вид из-за шторма на ранних этапах разработки. Национальная коллекция лаборатории сильных штормов, фотоархив NOAA.

Опубликовано: 17.06.2021. Автор: Справочная секция по науке, Библиотека Конгресса

Что вызывает молнии и гром?

Сгустились темные тучи, поднялся ветер и стало немного прохладнее. Похоже, приближается буря. По большей части грозы случаются в более теплое время года. Мы все испытали легкое чувство неловкости перед приближающимся штормом, но в то же время мы очарованы одним из самых впечатляющих природных явлений.

Гром и молния – это природные явления, которые, как думали древние греки, не имеют никакого отношения к Зевсу.Еще в 1752 году Бенджамин Франклин обнаружил, что молния вызывается мощными электрическими разрядами в облаках. Грозы вызываются небольшими электрически заряженными частицами. На самом деле это довольно просто. Вода в облаках движется вверх. При этом он остывает и замерзает. Когда эти ледяные частицы падают вниз, они вступают в контакт с каплями воды, находящимися ниже в облаке, и это приводит к разделению заряда. Внутри облака образуются два полюса, каждый с разным электрическим зарядом.

На земле тоже есть различия в электрических зарядах.Однако природа всегда стремится уравновесить эти различия в электрических зарядах. Это означает, что заряженные частицы всегда будут течь в том направлении, где меньше частиц с таким же зарядом. Результат – молния. Поначалу это невидимый для наших глаз болт. В то же время на земле накапливается избыток положительно заряженных частиц, которые показаны здесь зеленым цветом. Когда невидимая молния приближается к земле достаточно близко, происходит мощный разряд энергии.Настолько мощная, что в результате возникает электрическая дуга. Это та самая молния, которую мы видим.

При этом окружающий воздух нагревается до экстремальных температур. Он расширяется и взрывается с громким треском. Это гром, который мы слышим.

Молнии бывают разных цветов. Цвет зависит от влажности воздуха, температуры и уровня загрязнения воздуха. В зависимости от обстоятельств он может быть красным, синим или желтым.