Нижегородские ученые открыли, как зарождается молния

Эти данные могут стать основой для разработки новых методов защиты от молний. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), были опубликованы в журнале Atmospheric Research.

Согласно исследователям, процесс зарождения молнии давно является одной из десяти основных нерешенных проблем в физике атмосферного электричества. В грозовых облаках происходят столкновения заряженных частиц жидкой и твердой воды, что приводит к возникновению короткоживущих холодных разрядов, известных как стримеры.

Это открытие может пролить свет на механизмы образования молний и помочь в разработке эффективных средств защиты от них. Понимание процессов, происходящих в грозовых облаках, имеет важное значение для безопасности людей и инфраструктуры во время грозовой активности.

Ученые из Института прикладной физики (ИПФ) имени А пытаются разгадать тайны формирования молнии. Стримерные системы, хоть и быстро распадаются сами по себе, могут создать условия для возникновения лидера молнии. Лидер представляет собой плазменный канал, который формируется за счет стримеров и становится проводящим каркасом молнии на многие километры. Однако процесс перехода от стримеров к лидеру остается загадкой, и именно этот момент вызывает интерес у исследователей.

Интересно, каким образом происходит переход от стримеров к лидеру молнии в облаке. Научное сообщество продолжает исследовать механизмы формирования молниевого канала и пытается раскрыть все аспекты этого явления. Разгадка этой загадки может пролить свет на механизмы возникновения и развития грозовых явлений, что имеет важное значение для безопасности и понимания природы.

Важно отметить, что понимание процессов формирования молнии имеет практическое применение в области метеорологии и безопасности. Поэтому исследования в этой области продолжаются, и каждое новое открытие приближает нас к полному пониманию механизмов возникновения молнии и ее последствий.

Исследователи из Института прикладной физики имени В. Гапонова-Грехова Российской академии наук в Нижнем Новгороде провели моделирование процесса образования зародыша молнии на различных высотах, включая шесть и девять километров. Зародыш молнии представляет собой плазменную структуру, которая нагревается за счет токов поляризации, протекающих по разрядным каналам в электрическом поле облака, и превращается в многокилометровый канал, видимый наблюдателями во время грозы.

В ходе исследования была разработана трехмерная численная модель процесса инициации молнии, в которой основными параметрами стали высота над уровнем моря, напряженность электрического поля облака и частота появления новых стримеров. Эта модель позволила ученым лучше понять механизмы образования молний и их динамику на различных высотах в атмосфере.

Подробное изучение процесса образования зародыша молнии на различных высотах помогает расширить наши знания о физических явлениях, происходящих в атмосфере и влияющих на погоду. Эти результаты могут быть полезны для улучшения прогнозирования грозовой активности и повышения безопасности людей и объектов во время грозы.

Исследователи, применяя методы математического моделирования, проанализировали процесс эволюции нестабильных стримерных систем к формированию горячего самоподдерживающегося лидера молнии. Они углубились в изучение механизмов этого перехода и выяснили, что молния возникает в результате взаимодействия множества одновременно существующих разрядных (стримерных) каналов. Важным открытием стало то, что даже при слабых электрических полях, характерных для грозовых облаков, эти каналы могут объединяться в длинные проводящие кластеры. Такой процесс способствует формированию структуры молнии и ее последующему разряду.

Важно отметить, что процесс образования молнии начинается с формирования кластера, который с течением времени может достигнуть критической длины в несколько десятков метров. Этот кластер становится зародышем молнии и приобретает способность к самостоятельному развитию за счет высокой поляризации. Как пояснил ученый Артем Сысоев из ИПФ РАН, для этого необходимо выполнение двух условий.

При этом, по его словам, должны выполняться два условия. Во-первых, отдельные стримерные системы, случайным образом возникающие достаточно близко друг к другу, должны объединиться. Этот процесс объединения является ключевым моментом в формировании молнии и определяет ее дальнейшее поведение. Важно понимать, что молния - это не просто случайное явление, а сложный процесс, который подчиняется определенным законам физики и химии.

Молнии, происходящие в атмосфере, представляют собой явление, где плазменные каналы образуются на доли миллисекунды и должны сливаться почти одновременно. Необходимость близкого расположения и синхронности молний обусловлена их крайне коротким временем жизни. На больших высотах, где воздух разрежен, требуется гораздо более высокая концентрация плазменных каналов для возникновения молнии.

Интересным фактом является то, что стримерные каналы, способствующие образованию молний, могут увеличиваться в размерах. Этот процесс возможен лишь при наличии значительного электрического поля, которое формируется в ограниченных областях в результате предшествующей разрядной активности. Взаимосвязь между напряженностью электрического поля и ростом стримерных каналов является ключевым моментом в понимании процессов, приводящих к образованию молний.

Изучение грозовых облаков и молниевых разрядов является актуальной темой для ученых. Они обнаружили, что смоделированный процесс возможен в условиях типичного грозового облака, не требуя при этом нереалистично больших напряженностей внутриоблачного электрического поля или наличия высокоэнергичных космических частиц. Это отличает предложенный механизм от других гипотез.

Согласно ученым, молниевые разряды часто приводят к травмам, пожарам, отключениям электричества и даже к техногенным катастрофам. Экономический ущерб от молниевых разрядов продолжает увеличиваться из-за распространения слаботочной микроэлектроники и цифровизации человеческой деятельности, отметил Сысоев.

Изучение механизмов молниевых разрядов имеет важное значение для безопасности людей и инфраструктуры. Понимание процессов, происходящих в грозовых облаках, поможет разработать более эффективные меры предотвращения и защиты от негативных последствий молнии.

Исследование, проведенное им, подтвердило, что более глубокое понимание механизмов инициирования молниевых разрядов может привести к значительным улучшениям в области защиты от молний. Эксперт также отметил, что полученные результаты имеют потенциал для разработки новых технологий и методов предотвращения ущерба от молнии.

Важно отметить, что исследование внесло значительный вклад в наше понимание природы молнии и ее воздействия на окружающую среду. Результаты исследования могут послужить основой для дальнейших научных исследований в этой области и способствовать развитию новых методов защиты от молний.

Благодаря новым открытиям в области инициирования молниевых разрядов, специалисты смогут создать более эффективные средства защиты от молний, что приведет к улучшению безопасности людей и имущества.

Источник и фото - ria.ru