Гладкие молнии

Грозы и грозовая деятельность интересовали человечество во все времена. С давних пор люди боялись и поклонялись грозам, связывали с ними отдельные религии. Примерно в начале XVII века грозами начинают активно интересоваться ученые. В нашей стране это были великий Михаил Ломоносов и его напарник по фамилии Рихман. В Англии – знаменитый Бенджамин Франклин. С тех пор было сделано множество открытий и изобретено большое количество приборов, которые позволяют избежать разрушений при ударе молнии и изучить мельчайшие подробности возникновения молний. Однако, пристальные взгляды ученых до сих пор прикованы к этому удивительному явлению – грозе. Проводилось множество исследований на темы, связанные с возникновением и распространением молниевого разряда, а также на темы, связанные с защитой зданий и сооружений от прямых ударов молнии. Однако и по сей день это величественное явление природы скрывает в себе множество загадок и продолжает удивлять всех своим величием и непредсказуемостью.

Ещё в 2012 - 2013 годах, просмотрев множество видеозаписей о смерчах на YouTube, было выявлено две интересные особенности. Во-первых, мощные торнадо (категории ЕF3 и выше) сопровождаются относительно слабой грозовой активностью в месте его положения, а примерно 20% от всех проанализированных случаев, совершенно лишены разрядов по типу облако-земля (CG). Но самое интересное – это внешний вид большинства молний, которые разряжаются в месте формирования смерча или непосредственно вокруг воронки. На многих кадрах они выглядят очень гладкими, лишёнными разветвлений, словно молния пробивает сквозь уже давно протоптанный путь между небом и землёй. Поначалу я думал, что это просто совпадения, либо эффект при съёмке определённого типа камерами. Но со временем выяснил, что доля таких разрядов при обычных грозах практически сходит на «нет».

На российском метеофоруме (meteoclub.ru) некоторые специалисты высказали свои версии относительно причин столь необычного внешнего вида канала молнии. Как известно, ломанная структура обычных разрядов связана с тем, что молния, грубо говоря, ищет путь, по которому ей будет легче всего разрядиться, т.е. там, где количество ионов в подоблачном слое достигает максимума (соответственно там, где будет наибольшее число свободных электронов). Принимая во внимание данный фактор, можно предположить, что дело кроется в высокой скорости движения воздушных потоков (горизонтальной и вертикальной) при генерации торнадо, что приводит к выравниванию (гомогенности) подоблачного слоя воздуха и равномерному распределению ионов, поэтому для молнии нет нужды ветвиться. А если вспомнить, что при бурных вертикальных движениях (конвекции) воздух сильно ионизируется, то вырисовывается вполне понятная картина: при таких процессах наблюдается равномерное распределение ионов в подоблачном слое, а также сильно возрастает само количество этих ионов, что в комплексе приводит к возникновению таких «гладких» линейных молний, поскольку электропроводность среды также существенно возрастает. И казалось бы – вот она, разгадка! Но нет, не всё так просто… Во время сильной грозы 15 августа 2012 года в Миннесоте, США практически все разряды молний по типу CG имели гладкую структуру канала, но в тот день смерчей, воронок или сильных шквалов не зарегистрировано. Это значит, что здесь дело не только в тех причинах, которые описаны выше.

Продолжая искать хоть какую-то информацию об этом типе молний на просторах глобальной сети интернета, я набрёл на американский форум штормчейзеров (охотников за торнадо), где один участник так же создал тему с вопросом про такие молнии (http://stormtrack.org/community/threads/smooth-channel-lightning-any-science.26869/)! Назвал он их Smooth Channel lightning (Молнии с гладким каналом). На этом же форуме местные специалисты высказали несколько иную версию относительно природы подобных разрядов. Вероятнее всего, гладкие молнии - это подтип восходящих молний (в которых лидеры направлены к облаку, а не в сторону земли) положительной полярности. И по идее, ветвление должно быть, но оно невидимо от нас, поскольку происходит уже в самом облаке. В любом случае, такие молнии связаны с мощной конвекцией и чаще всего именно с суперячейковыми грозами. В них генерируются огромные зоны с положительным зарядом (в массивной наковальне), а мощные нисходящие потоки и сдвиг ветра приводят к смещению основной области положительных зарядов ближе к поверхности земли и электрическая структура такого облака становится как бы опрокинутой: основная область положительного заряда расположена ниже основной области отрицательного заряда, а не над ней, возникает "перевёрнутый триполь" (см. схему в посте). Когда такое происходит, то подавляющая часть молний становится положительной полярности с визуально гладким каналом. И ещё один интересный момент - данный подвид молний состоит обычно только из 1 импульса при норме 3-5 импульсов (количества мерцаний).

Таким образом, если обращать внимание на многие мелочи и особенности, то у каждого есть возможность что-то выявить новое и малоизученное в земной атмосфере, и шанс сделать маленькое открытие?

В качестве заключения, хотел бы упомянуть про некоторые аспекты в физике грозового электричества. В наш век современных технологий, когда появились дополнительные инструменты для наблюдения за грозовым электричеством (грозопеленгаторы, спутники, радары и т.д.), процесс изучения этого уникального явления природы стал более углублённым и расширенным во многих аспектах. Чего только стоит открытие на рубеже 80-х и 90-х годов прошлого века группы оптико-электрических явлений в верхних слоях атмосферы, возникающих над мощными грозовыми кластерами. Кроме этого, уже в XXI веке с помощью чувствительного телескопа Ферми, Майклом Бриггсом и его командой из университета Алабамы были зафиксированы короткие гамма-всплески во время молниевых разрядов, а это является прямым свидетельством того, что грозы способны порождать небольшое количество антиматерии!

Также не следует упускать важный момент, который связан с энергетикой. В силу постепенного истощения природных топливных ресурсов на Земле, многие учёные ломают головы в поисках новых более эффективных и надёжных источников энергии. Естественно, что грозовое электричество в стороне не осталось. Так, компания Alternative Energy Holdings 11 октября 2006 года объявила об успешном развитии прототипа модели, которая может продемонстрировать возможности «захвата» молнии для дальнейшего её превращения в электроэнергию. Благодаря этому проекту, электроэнергия станет более доступной, а её получение будет оказывать минимальное воздействие на окружающую среду.

Как видим, в последние годы, наука продвинулась ещё на несколько шагов вперёд в исследовании атмосферного электричества. По всему миру ведущие физики и метеорологи продолжают вести кропотливые исследование в этой области, усовершенствуют методы прогнозирования гроз, предлагают новейшие способы грозовой защиты населения и инфраструктуры, изучают влияние молнии на человеческий организм и окружающую среду. И пройдёт ещё не одно десятилетие, пока мы разгадаем все тайны и загадки грозового электричества.

Ниже на фото представлены наиболее интересные кадры гладких молний, сделанные в основном на территории США.

Источник: stormtrack.org