Ученые Института прикладной физики РАН совершили прорыв в понимании движения молний сквозь атмосферу. Они установили механизмы, определяющие образование уникальных "ступеней", по которым электрические разряды устремляются к Земле.
"Наши результаты представляют огромный интерес не только для фундаментальной науки, но и чрезвычайно значимы для развития передовых методов молниезащиты. Созданная модель впервые детально воссоздала процесс формирования заряженного чехла вокруг лидерного канала. Понимание его структуры ключевое для главной стадии развития молний", – подчеркнул ведущий научный сотрудник ИПФ РАН (Нижний Новгород) Дмитрий Иудин.
Бенджамин Франклин еще в 1749 году установил электрическую природу молний как разрядов между облаками и Землей. За прошедшие столетия наши знания значительно обогатились.
Новые горизонты в понимании молний
Исследования последних лет показали, что в зарождении молний играют роль космические лучи, инициирующие электрические разряды. Отмечается также, что их ударам могут предшествовать вспышки гамма-излучения, что открывает перспективные возможности для прогнозирования.
Команда Дмитрия Иудина сфокусировалась на загадке выбора пути молнией. Их интересовало, как формируются "ступени", служащие траекторией для заряда, и почему они приводят к ветвлению разряда.
Механизм формирования "ступеней"
Эти структуры возникают на самых ранних этапах молнии, до видимого основного разряда. "Ступени" – это часть плазменного канала (лидера), связывающего верхние слои атмосферы с поверхностью планеты.
Разгадка ступенчатой структуры
Хотя экспериментально ступенчатое формирование канала было замечено еще в 1930-х, его объяснение долгое время оставалось загадкой. Российские физики решили эту задачу, разработав математическую модель, детально описывающую процесс.
Расчеты показали: ступенчатость возникает из-за разной скорости роста положительной и отрицательной частей канала. Ветвление же объясняется участием в создании "ступеней" обособленных сегментов ионизированного воздуха, изначально не связанных с основным каналом.
Каждая новая ступень завершается мощной вспышкой искрового пробоя, во время которой заряд распределяется неравномерно. Именно эти неоднородности, как выяснили ученые, приводят к образованию новых изолированных сегментов лидера, превращая формирование ступеней в цикличный процесс.
Перспективы применения
Исследователи с оптимизмом смотрят на практическое применение своей модели. Она позволит точнее прогнозировать место и последствия ударов молний, а также открыть новые феномены, связанные с этими захватывающими природными явлениями.
Изображение: believeinme33 / ru.123rf.com
Источник: scientificrussia.ru
