Вспышка в грозовом небе: почему молния движется именно зигзагом
Многие механизмы молнии остаются загадкой, хотя исследователи начинают распутывать причину искривления молнии. «Мы знаем все о большинстве вещей на Земле — ученые могут предсказывать [лунные и солнечные] затмения с точностью до доли секунды», — пояснил Джон Лоук, физик из Университета Южной Австралии и ведущий автор исследования, изучающего «ступенчатую структуру» молнии. В работе, опубликованной в журнале Journal of Physics D: Applied Physics, Лоук и его коллеги предполагают, что характерный зигзагообразный рисунок молнии вызван высокопроводящей формой кислорода, которая накапливается неравномерно по мере того, как болт движется к земле, иногда на большие расстояния.
Бросок молнии
Чрезвычайно быстрые фотографии молнии показывают, что удару молнии предшествуют «лидеры» ионизированного (электрически заряженного) воздуха, которые ответвляются от нижней части грозового облака, сказал он. В большинстве случаев эти лидеры слишком тусклые, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. По словам Лоука, именно эти лидеры, а не последний разряд молнии, образуют ступенчатый рисунок.
Воздух обычно действует как изолятор, но лидеры создают области с высокой концентрацией особой формы высокопроводящего кислорода, называемой «синглетным дельта-кислородом», то есть молекул кислорода с более низким, чем обычно, энергетическим состоянием. По словам Лоука, каждый «зиг» (или «заг») лидера — «ступенька» длиной около 50 метров — вызван разрядом электрического заряда в такой области.
Он объяснил, что мощные магнитные поля последнего шага почти мгновенно создают дополнительные молекулы синглетного дельта-кислорода из обычных молекул кислорода в атмосфере, и концентрации этого высокопроводящего кислорода могут разветвляться во всех направлениях от того места, где заканчивается шаг.
Лидер разряжается через последовательные шаги примерно за миллионную долю секунды, за каждым из которых следует мимолетный «темный» период, когда на фотографиях вообще не видно видимого разряда, и, наконец, ударяется о землю или связанный с ней высокий объект. По его словам, это столкновение приводит к видимому (и очень громкому) «возвратному удару» молнии в течение примерно одной тысячной секунды, движущейся назад по зигзагообразному пути синглетного дельта-кислорода с высокой проводимостью. Остальные лидеры в этот момент теряют заряд и исчезают.
По словам Лоука, лучшее понимание того, как работает молния, может помочь строениям и людям пережить грозу. Например, он может информировать о размещении громоотводов на высоких объектах, таких как здания, радиомачты и надстройки кораблей.
Среди нерешенных вопросов о молниях — природа их источника. Хотя сейчас ученые предполагают, что молния — это статическое электричество, создаваемое движением частиц льда в грозовых облаках, на самом деле прямых доказательств этому получено не было до сих пор.
Характерный зигзагообразный рисунок молнии вызван высокопроводящей формой кислорода, которая накапливается по мере того, как молния движется к земле.