;
Кейсы 28 сентября 2019

Тайна самых мощных молний: как возникают суперболты и почему ученые до сих пор не знают причины их возникновения

Далее

Молнии — такие же распространенные природные явления, как дождь или град. Однако ученые до сих пор не понимают до конца, почему они формируются. На этом фоне еще более непонятными кажутся суперболты — молнии, мощность которых по меньшей мере в тысячу раз превышает среднее значение для таких явлений. Недавно исследователи поняли, что они образуются в странное время и в странных местах — не летом, а в конце зимы; не на суше или побережье, а в море. «Хайтек» рассказывает, как формируются молнии, что науке известно о них и что ученые знают о суперболтах.

Молнии формируются постоянно — за день по всему миру наблюдается до 4 млн таких явлений. Молния может преобразовывать ландшафты — вызывать лесные пожары в отдаленных лесных районах — или парализовывать жизнь целого города, как это случилось в Сан-Паулу и Рио-де-Жанейро. В 2009 году молния попала в электростанцию, которая обеспечивала энергией оба населенных пункта: в результате пострадали 97 млн человек, а оба города были временно закрыты на въезд и выезд.

Фото: NOAA Photo Library

С XVIII века ученые знают, что молнии имеют электрическую природу — это в ходе эксперимента с воздушным змеем доказал американский дипломат и естествоиспытатель Бенджамин Франклин. С тех пор наука продвинулась далеко вперед в понимании процесса, который порождает молнию.


Эксперимент Франклина

В мае 1752 года Бенджамин Франклин во время грозы запустил в небо воздушного змея, который представлял собой деревянный каркас, обтянутый шелковой тканью. На конце каркаса был установлен небольшой металлический штырь (молниеотвод), а на толстой бечевке, привязанной к змею, висел металлический ключ от замка.

Суть эксперимента заключалась в том, чтобы спровоцировать удар молнии в змея с металлическим стержнем, после чего заряд должен был переместиться по мокрой веревке к ключу. Когда молния ударила в змея, вокруг ключа образовался светящийся ореол, который доказал электрическую природу этого явления.


Как формируются молнии?

Если на вопрос, почему формируется молния, наука ответить не может, то ученые по крайне мере знают, как это происходит. Общепринятая теория гласит, что молния формируется в результате электрического взаимодействия между положительно заряженной Землей и отрицательно заряженной атмосферой.

Кратко. Когда Солнце нагревает поверхность Земли, воздух и влага поднимаются и создают капли воды. При достаточном количестве солнечной энергии теплый влажный воздух продолжает подниматься и подниматься, в то же время холодный воздух в системе опускается. Это приводит к образованию вихревой массы, называемой глубоким конвективным облаком. Внутри такого облака создаются электрические заряды, которые затем превращаются в молнии.

Подробно. Для формирования молнии необходима большая разность потенциалов — как между отдельными частями облака, так и между облаком и землей.

Если заглянуть внутрь грозового облака, можно увидеть, как гидрометеоры — водяные капли, частицы льда или снега — сначала сталкиваются, а затем движутся в нем в разных направлениях. Мелкие и легкие частицы летят вверх, приобретая отрицательный заряд, а крупные и тяжелые — вниз, получая положительный.

Частота ударов молний в мире

Отрицательный канал, называемый лидером, направлен к земле, в то время как положительный канал, называемый стримером, устремляется вверх. Когда лидер и стример сталкиваются, электрический заряд проходит вверх и по обоим каналам — так формируется молния.

Что такое суперболты?

Суперболты (от англ. super lightning bolt — «Хайтек») — молнии, мощность которых по крайней мере в тысячу раз выше, чем у обычных. Суперболты не отличаются от обычных ударов молнии, но представляют собой самый верхний край континуума. Такие молнии могут заряжаться как положительно (с верхушки облака), так и отрицательно (с нижних слоев облака), а соотношение зарядов сопоставимо с обычной молнией.

Такие явления происходят достаточно редко — по подсчетам ученых, примерно одна из тысячи молний имеет мощность в 100 ГВт (это уже суперболт), а пять из 100 млн — мощность в 3 тыс. ГВт.

Фото: NOAA Photo Library

Суперболты настолько яркие и мощные, что впервые их заметили из космоса. В 1970-х годах спутник Vela, предназначенный для наблюдения за испытаниями ядерного оружия, обнаружил суперболт — с тех пор ученые занимаются исследованием этого явления.

Суперболты трудно перепутать с другими подобными явлениями — они длятся в среднем в пять раз дольше обычных молний, а их последствия довольно ощутимы.

Например, удар молнии в окрестностях города Талс, Оклахома, 31 мая 2012 года был больше похож на землетрясение — автомобильная сигнализация сработала в радиусе километра от места удара, а в некоторых домах выбило стекла. Суперболт в штате Иллинойс спустя год оставил в земле кратер глубиной 30 см и шириной 2 м.

Что нового о них узнали ученые?

Хотя суперболты похожи на обычные молнии и формируются подобным образом, они возникают в нетипичных местах. Считается, что самые сильные грозы происходят летом в прибрежных районах. Однако исследователи из Университета Вашингтона выяснили, что суперболты чаще всего встречаются в открытом океане с ноября по февраль, вдали от мест, где обычно случаются молнии.

Ученые проанализировали 2 млрд ударов молнии, зарегистрированных Всемирной сетью определения местоположения молний в период между 2010 и 2018 годами. Около 8 тыс. событий — четыре миллионных процента или один из 250 тыс. ударов — были подтверждены как суперболты.

Затем исследователи сравнили данные с результатами наблюдений за молниями в тот же период, проведенными компаниями Earth Networks из Мэриленда и MetService из Новой Зеландии.

Оказалось, что суперболты наиболее распространены в Средиземном море, Северо-восточной Атлантике и над Андами. Реже такие явления встречаются к востоку от Японии, в тропических океанах и у побережья Южной Африки. В отличие от обычных молнии, они предпочитают бить по воде, а не по суше.

Визуализация данных о суперболтах

Активность суперболтов проявляется в нетипичное для обычных молний время года — тогда как самые мощные грозы проходят летом над Северной и Южной Америкой, странами Африки к югу от Сахары и в Юго-Восточной Азии, самые сильные молнии формируются в период с ноября по февраль в Северном и Южном полушариях, отдавая предпочтения Северному.

Причина странного поведения суперболтов пока не установлена — исследователи полагают, что на частоту таких явлений могут влиять пятна на Солнце или космические лучи. Кроме того, в процессе наблюдений ученые заметили, что в конце 2013 и 2014 годов было рекордное количество суперболтов, тогда как в другие годы самые мощные молнии наблюдались заметно реже.

Загрузка...