Только представьте нечто, способное одновременно попасть в два предмета, находящихся в сотнях километров друг от друга. Вы можете подумать, что речь идёт о новейшем оружии, но нет — это всего-навсего молния. Молния — это очень интересное физическое явление, природу которого должен знать каждый образованный человек. Этот природный принцип нашел применение в некоторых устройствах и методиках обработки. Тут рассказывается про молнию на научном языке, а мы сейчас расскажем для всех и каждого понятно.
Мы обычно видим вспышку молнии, и близко не представляем себе настоящий масштаб этого жуткого природного явления. Насколько большой может быть молния? Как она выглядит из космоса?
Как образуется молния
Уровень, на котором возникает молния, ограничивается высотой грозового облака, которое и создаёт молнию. Обычно облако находится на высоте не более 20 км. Температура всегда ниже ноля градусов, на высоте 3-4 км облака состоят в основном изо льда.
Облака разные по размеру, и они постоянно в движении из-за потоков воздуха, поднимающегося от нагретой поверхности Земли. Чем меньше маленькие частицы льда, тем они легче, постоянно поднимаются вверх внутри облака, сталкиваясь с большими льдинками. Это создаёт электрический заряд, поэтому положительно заряженные частицы скапливаются в верхней части облака, а отрицательно заряженные частицы — в нижней части облака. Когда два таких противоположно заряженных облака приближаются к друг другу, воздух заряжается, и появляется молния. Иногда земля выступает для положительно заряженных частиц аккумулятором, потому молния бьёт прямо в землю.
Самая большая молния в мире
Длина молнии непредсказуема и в среднем составляет несколько километров. До 1956 года никто не знал, какой может быть максимум, пока метеоролог Майрон Лигда не использовал радар для измерения вспышки молнии. Тогда самой длинной оказалась молния в 100 километров, но в 2007 году этот рекорд побила другая молния над Оклахомой длиной в 321 километр. Она была настолько большой, что ночью подсветила территорию площадью 67340 км2.
Самый последний рекорд был установлен 22 октября 2017 года, когда на площади 500 километров возникла гигантская вспышка, осветив небо сразу над Техасом, Оклахомой и Канзасом. Свет, испускаемый этой вспышкой, был настолько сильным, что он освещал площадь земли в 67845 квадратных километров, подсчитали исследователи. Но даже эта вспышка теперь была превзойдена: другое недавнее исследование в журнале JGR Atmospheres описало вспышку, охватывающую 673 км.
Обнаружение мегамолний
Такие гигантские вспышки — редкость, и составляют около 1% от вообще всех вспышек молнии, ведь нужны особые условия, чтобы они могли ударить. Вместо того, чтобы полагаться только на наземные системы, которые используют антенны и радары для обнаружения молний, эксперты начали наблюдать ее с совершенно с другой точки зрения: со спутников. Обе последние рекордные вспышки были измерены с использованием технологии, называемой геостационарным картографом молний — датчиком, который присутствует на двух спутниках, вращающихся вокруг Земли, что обеспечивает расширенную картину штормовых систем ниже.
Несмотря на апокалиптическую картину, которую они рисуют, эти огромные молнии или мегамолнии не обязательно более опасны, чем обычная молния: «пространственно обширная вспышка не обязательно означает, что она несет больше энергии», — объясняет специалист по атмосфере Питер Эмерсик. Тем не менее, поскольку облачные системы, из которых они происходят, настолько обширны, удары мегамолний могут быть трудно предсказуемы.
«Такие события часто могут привести к наземным ударам вдали от основной молниеносной активности в конвективном ядре», — сказал Эмерсик. «Кто-то на Земле может подумать, что буря прошла, но будет застигнут врасплох одним из этих пространственно обширных разрядов, казалось бы, ниоткуда.» Также возможно, что в мире переживающем глобальное потепление, может произойти всплеск в типах штормов, которые приводят к мегамолниям, сказал Эмерсик.
Каковы условия возникновения мегамолний?
Во-первых, грозовые облака должны быть длиной в несколько сотен километров. Во-вторых, по всей длине облака позитивно и негативно заряженные области должны чередоваться, чтобы слои воздуха между ними взрывались один за другим по принципу домино, и таким образом удары молнии одновременно сияли над землёй.
Молния, стреляющая в космос
Обычно молния двигается от облака к земле, когда негативные частицы скапливаются в нижних слоях облаков, но иногда сильный ветер перемещает частицы в верхнюю часть облака, и это ведёт к тому, что молния стреляет вверх. Порой происходят ещё более ошеломляющие удары молнии под названием спрайты. Спрайты также стреляют вверх в космос, но они больше походят на красные свечи, чем на голубые вспышки. Их высота достигает от 50 до 130 км над землёй.
Учёные считают, что из-за спрайтов многие люди думали, что видели НЛО, ведь увидев такое на небе, можно решить, что это какой-то внеземной объект. На высоте в 70 км азот придаёт спрайтам красный цвет, но чем ближе они к земле, тем выше давление, и выше уровень кислорода, и поэтому спрайты в нижней части становятся голубого цвета.
Молнии-эльфы
Самые невероятные удары молнии называются эльфами, и речь вовсе не о мифических созданиях с острыми ушами: мы говорим об аббревиатуре английского термина, который обозначает излучение света и очень низкочастотные колебания от электромагнитных импульсных источников.
Так называемые эльфы раньше не рассматривались как молнии, и считались разновидностью северного сияния. Позже оказалось, что эльфы — не просто молнии, а настоящие волны энергии в виде гамма-излучения. Такой феномен обычно наблюдается у звёзд.
В 1994 году учёным удалось зафиксировать гамма-лучи неподалёку от Земли. Тогда они не подумали, что это молния. Только в 2019 году стало понятно, что источник гамма-излучения был обнаружен в атмосфере Земли — это и были эльфы: крупнейшие молнии из всех существующих. Они похожи на сияние в форме круга вокруг удара молнии. Само кольцо в диаметре достигает 400 километров и длится до 5 миллисекунд.
Молнии на других планетах
Раньше эльфы обнаруживались только с помощью радиочастотного спектра, а сейчас с помощью радиосигналов учёным удалось обнаружить молнии на других планетах. Для зарождения молнии необходимы облака, но на Марсе их нет из-за разреженной атмосферы, хотя там есть почва и слабая гравитация. Из-за небольшой гравитации марсианская пыль поднимается высоко к марсианскому небу и собирается в облака, и песчинки песка накапливают необходимое количество электрического заряда. Когда земляне наконец создадут колонии на Марсе, люди смогут наблюдать молнии из сгустков пыли.
Долгое время считалось, что на нашей соседке Венере удары молнии вообще невозможны из-за особенностей атмосферы планеты и её магнитного поля. Как бы то ни было, радиоволны Венеры похожи на те, что есть при грозе на Земле. Остаётся лишь догадываться, как выглядят венерианские молнии.
Говоря о самых масштабных ударах молнии, особое внимание стоит уделить Юпитеру. Поскольку планета является газовым гигантом, грозовые облака и сильные ветры зарождаются здесь практически каждую секунду, из-за чего случаются грозы. Космические зонды зафиксировали, что молнии на Юпитере огромны, они больше территории США.
Удары молнии на Юпитере превосходят те, что случаются на Земле и по мощности, хотя в остальном они схожи, за исключением нескольких деталей:
- Поскольку структурно атмосферы планет различаются, молния на Юпитере длится долго — целую минуту, в то время как на Земле длительность молнии составляет доли секунды.
- Молния на Юпитере обычно происходит на полюсах, а наши земные вспышки случаются в основном неподалёку от экватора.
В некоторых местах на Земле из-за молний происходят ужасные вещи. В деревне Кифука, что в Конго, установлен рекорд: 158 ударов молнии на квадратный километр в год. Находиться на крыше дома в такой местности всё равно, что идти на самоубийство: поговорка «молния не бьёт в одно место дважды» тут не работает, да и в целом-то она не работает нигде, это не более чем хорошо звучащая фраза.
Электрические разряды между наэлектризованным облаком и максимально близким объектом на поверхности Земли очень часто возникают повторно. Удары молнии попадают в Эмпайр-стейт-билдинг и Уиллис-тауэр всякий раз, когда в Нью-Йорке или Чикаго начинается гроза. Может быть в будущем люди смогут приручить такие вспышки.
В 2006 году компания Алтернейт Энерджи Холдингс Инкорпорэйтид представила, а год спустя протестировала, первый прототип модели, способной привлекать молнии и превращать их в настоящее электричество. С помощью такого устройства люди могли бы получать дешёвое, а самое главное, абсолютно безвредное для природы электричество. Один киловатт мог бы обходиться приблизительно в 10 копеек, что дешевле любого другого источника энергии. Молния окупилась бы за 4-7 лет. К сожалению, после 2007 года новостей о дальнейшем развитии технологии не было.
Поделиться: