Открытие нижегородских ученых о зарождении молнии
Исследователи Института прикладной физики (ИПФ) имени А.В. Гапонова-Грехова РАН в Нижнем Новгороде сделали значительное открытие, разработав модель, объясняющую процесс формирования молний в грозовых облаках. Это открытие может привести к созданию новых методов защиты от молний и улучшить понимание атмосферного электричества.
Процесс зарождения молнии
Стримеры и молния:
В грозовых облаках возникают заряженные частицы жидкой и твердой воды. При их столкновении образуются короткоживущие разряды, известные как стримеры.
Сами по себе стримеры быстро распадаются и не превращаются в молнию. Однако при определенных условиях они могут образовать самоподдерживающийся лидера молнии — горячий плазменный канал.
Лидер молнии:
Лидер представляет собой многокилометровый проводящий канал, который формируется благодаря стримерам.
Переход от стримеров к лидеру остается загадкой, и исследователи стремились понять, как этот процесс происходит.
Модель исследования
Высоты исследования:
Ученые смоделировали процесс образования молнии на высотах 6 и 9 километров, которые являются наиболее типичными для формирования молний.
Трехмерная численная модель:
Разработанная модель учитывает высоту над уровнем моря, напряженность электрического поля облака и частоту появления новых стримеров.
Исследователи воспроизвели процесс перехода от нестабильных стримерных систем к горячему самоподдерживающемуся лидеру молнии.
Критические условия для образования молнии
Слияние стримерных каналов:
Для формирования зародыша молнии необходимо, чтобы несколько стримерных систем, возникающих близко друг к другу, объединились.
Слияние должно происходить почти одновременно, так как время жизни стримеров очень короткое (доли миллисекунды).
Напряженность электрического поля:
Стримерные каналы могут расти только при высокой напряженности электрического поля, которая возникает в результате предшествующей разрядной активности.
На больших высотах, где воздух разрежен, требуется более высокая концентрация плазменных каналов для образования молнии.
Значение открытия
Безопасность и экономический ущерб:
Молнии могут приводить к травмам и гибели людей, а также вызывать пожары и аварийные отключения электричества. Экономический ущерб от молний продолжает расти из-за увеличения использования слаботочной микроэлектроники и цифровизации.
Перспективы исследований:
Результаты исследования могут быть полезны для усовершенствования существующих средств защиты от молний. Углубленное понимание процессов, связанных с инициацией молний, может помочь в разработке более эффективных методов защиты.
Заключение
Открытие нижегородских ученых является важным шагом в изучении атмосферного электричества и может существенно повлиять на безопасность людей и инфраструктуры в условиях грозовой активности. Улучшение методов защиты от молний станет важной задачей для ученых и инженеров в будущем.


