Главная » Разное » Температура молнии в градусах цельсия

Температура молнии в градусах цельсия


Какая температура внутри молнии?

Человек издревле опасался молний. Долгое время этому природному явлению предписывали божественное происхождение. Если судить по древним легендам, молнии посылались на людей за их прегрешения.



Сейчас мы еще со школы знаем, что молния - это вовсе не результат божественного гнева, а вполне объяснимое природное явление. Вспышки создаются электрическими полями грозовых облаков. Когда области, имеющие разные заряды, находятся слишком близко друг к другу, заряженные частицы создают плазменный канал, который мы видим как разряд молнии. Кроме этого, всем нам с детства известно, что это природное явление несет реальную опасность. Удар молнии может убить человека или животное, а также устроить пожар, если она попадет в дерево или дом. Сила тока в разряде может достигать 50 тысяч ампер, а напряжение доходить до миллиарда вольт! Ученые из Нанкинского университета (Китай) предположили, что сила тока молнии зависит от температуры внутри нее. Но как же подтвердить эти теоретические расчеты? В естественной среде довольно сложно измерить эти параметры, так как на приборы могут повлиять некоторые переходные характеристики. А из-за того, что молнии возникают случайно и ведут себя довольно непредсказуемо, очень тяжело сделать их спектральный анализ. Тем более, что для грамотного исследования нужны разные диапазоны показателей. Для этого команда ученых решила использовать специальный генератор, который может создавать разряды с разными характеристиками.

Исследование ученых

Группа исследователей под руководством Сянчао Ли последовательно измерила показатели различных искусственных молний, сила тока которых находилась в диапазоне от 5000 до 50000 ампер. Ученые вычислили, что температура плазмы может колебаться от 6 тысяч до 10 тысяч градусов по Цельсию. Разумеется, для измерения таких высоких температур не подходят обычные термометры. Исследователи вычисляли их по интенсивности вспышек. Теория о том, что сила тока и температура молнии состоят в логарифмической зависимости подтвердилась. Данные исследования должны помочь метеорологам в составлении прогнозов, а также инженерам, которые занимаются проектированием электросетей.

debat.me

Почему cверкает молния и гремит гром?

Долгожданное отступление жары сопровождается сильными грозами. В Петербурге за последнюю неделю пронеслось два сильнейших грозовых урагана. Зрелище было страшное. Казалось, что небо трещало и разрывалось на части, вспышки молний напоминали взрывы.
Почему возникает такая гроза, как она зарождается в атмосфере? Такие вопросы приходят в голову именно в это грозовое время. Попробуем разобраться, опираясь на компетентные источники. Как Вы увидите, что температура играет здесь важнейшую роль.

Где чаще всего возникают грозы?

Над континентами в тропиках. Над океаном гроз на порядок меньше. Одна из причин такой асимметрии — в интенсивной конвекции в континентальных областях, где суша эффективно прогревается солнечным излучением. Быстрый подъем прогретого воздуха способствует образованию мощных конвективных вертикальных облаков, в верхней части которых температура ниже – 40°C. В результате формируются частицы льда, снежной крупы, града, взаимодействие которых на фоне быстрого восходящего потока и приводит к разделению зарядов.

Примерно 78% всех молний регистрируется между 30°ю.ш. и 30°с.ш. Максимальная средняя плотность числа вспышек на единицу поверхности Земли наблюдается в Африке (Руанда). Весь бассейн р.Конго площадью около 3 млн км 2 регулярно демонстрирует наибольшую молниевую активность.

Как заряжается грозовое облако?

Это самый интересный вопрос в «грозоведении». Грозовые облака огромны. Чтобы на масштабе в несколько километров возникло электрическое поле, сравнимое по величине с пробойным (примерно 30 кВ/см для воздуха в нормальных условиях), нужно, чтобы беспорядочный обмен зарядами при столкновениях облачных твердых или жидких частиц привел к согласованному, коллективному эффекту сложения микротоков в макроскопический ток весьма большой величины (несколько ампер). Как показали измерения электрического поля на поверхности земли, а также внутри облачной среды (на баллонах, самолетах и ракетах), в типичном грозовом облаке «основной» отрицательный заряд — в среднем несколько десятков кулон — занимает интервал высот, соответствующий температурам от 10 до 25°C. «Основной» положительный заряд составляет также несколько десятков кулон, но располагается выше основного отрицательного, поэтому большая часть молниевых разрядов облако—земля отдает земле отрицательный заряд. Однако в нижней части облака также часто обнаруживается меньший по величине (10 Кл) положительный заряд.

Для объяснения описанной выше (трипольной) структуры поля и заряда в грозовом облаке рассматривается множество механизмов разделения зарядов. Они зависят, прежде всего, от таких факторов, как температура и фазовый состав среды. Несмотря на обилие различных микрофизических механизмов электризации, сейчас многие авторы считают главным безындукционный обмен зарядами при столкновениях мелких (с размерами от единиц до десятков микрометров) кристаллов льда и частиц снежной крупы. В лабораторных экспериментах было установлено наличие характерного значения температуры, при которой меняется знак заряда, т.н. точки реверса, лежащей обычно между 15 и 20°C. Именно эта особенность сделала данный механизм столь популярным, так как с учетом типичного профиля температуры в облаке она объясняет трипольную структуру распределения плотности заряда.

Недавние эксперименты показали, что многие грозовые облака обладают еще более сложной структурой пространственного заряда (до шести слоев). Восходящие потоки в таких облаках могут быть слабые, но электрическое поле имеет устойчивую многослойную структуру. Вблизи нулевой изотермы (0 °С) здесь формируются достаточно узкие (толщиной в несколько сотен метров) и стабильные слои пространственного заряда, во многом ответственные за высокую молниевую активность. Вопрос о механизме и закономерностях образования слоя положительного заряда в окрестности нулевой изотермы остается дискуссионным. Разработанная в ИПФ модель, основанная на механизме разделения зарядов при таянии ледяных частиц, подтверждает формирование слоя положительного заряда при таянии ледяных частиц вблизи нулевой изотермы на высоте около 4 км. Расчеты показали, что за 10 минут образуется структура поля с максимумом около 50 кВ/м.

Как происходит разряд молнии?

Существует несколько теорий. Недавно был предложен и исследован новый сценарий молнии, связанный с достижением облаком режима самоорганизованной критичности. В модели электрических ячеек (с характерным размером ~1—30 м) со случайно растущим в пространстве и времени потенциалом отдельный мелкомасштабный пробой между парой ячеек способен вызвать «эпидемию» внутриоблачных микроразрядов — разыгрывается стохастический процесс фрактальной «металлизации» внутриоблачной среды, т.е. быстрый переход облачной среды в состояние, напоминающее обьемную паутину из динамичных проводящих нитей, на фоне которых и формируется видимый глазом канал молнии — проводящий плазменный канал, по которому переносится основной электрический заряд

По некоторым представлениям, разряд инициируют высокоэнергетические космические лучи, которые запускают процесс, получивший название пробоя на убегающих электронах. Интересно, что наличие ячеистой структуры электрического поля в грозовом облаке оказывается существенным для процесса ускорения электронов до релятивистских энергий. Случайно ориентированные электрические ячейки наряду с ускорением резко увеличивают время жизни релятивистских электронов в облаке благодаря диффузионному характеру их траекторий. Это позволяет объяснить значительную продолжительность всплесков рентгеновского и гамма излучений и характер их взаимосвязи с молниевыми вспышками. Роль космических лучей для атмосферного электричества должны прояснить эксперименты по исследованию их корреляции с грозовыми явлениями. Такие эксперименты ведутся в настоящее время на ТяньШанской высокогорной научной станции Физического института РАН и на Баксанской нейтринной обсерватории Института ядерных исследований РАН.

Отметим также, что разрядные явления в средней атмосфере, коррелирующие с грозовой активностью, получили разные наименования в зависимости от высоты над Землей. Это спрайты (область свечения простирается от высот 50—55 км до 85—90 км над землей, а длительность вспышки составляет от единиц до десятков миллисекунд), эльфы (высоты — 70—90 км, продолжительность менее 100 мкс) и джеты (разряды, стартующие в верхней части облака и распространяющиеся порою до мезосферных высот со скоростью около 100 км/с).

Температура молнии

В литературе можно найти данные, что температура канала молнии при главном разряде может превышать 25 000 °C. Наглядным свидетельством того, что температура молнии может достигать 1700 °С являются найденные на скалистых вершинах гор и в районах с сильной грозовой активностью фульгуриты (от лат. fulgur — удар молнии) — спёкшиеся от удара молнии кварцевые трубки,которые могут быть разнообразной причудливой формы.

На фото фульгурит, найденный в 2006 г. в штате Аризона, США (подробности на сайте www.notjustrocks.com). Появление стеклянной трубочки связано с тем, что между песчинками всегда находятся воздух и влага. Электрический ток молнии за доли секунд раскаляет воздух и водяные пары до огромных температур, вызывая взрывообразный рост давления воздуха между песчинками и его расширение. Расширяющийся воздух образует цилиндрическую полость внутри расплавленного песка. Последующее быстрое охлаждение фиксирует фульгурит — стеклянную трубочку в песке. Фульгуриты, состоящие из переплавленного кремнезёма, обыкновенно представляют собой конусообразные трубочки толщиной с карандаш или с палец. Их внутренняя поверхность гладкая и оплавленная, а наружная образована приставшими к оплавленной массе песчинками и посторонними включениями. Цвет фульгуритов зависит от примесей минералов в песчаной почве. Фульгурит очень хрупок, и попытки очистить от прилипшего песка нередко приводят к его разрушению. Особенно это относится к ветвистым фульгуритам, образовавшимся во влажном песке. Диаметр трубчатого фульгурита не более нескольких сантиметров, длина может доходить до нескольких метров, находили фульгурит длиной 5-6 метров.

Изучением молнии и вообще атмосферного электричества – это очень интересное и важное научное направление. На эту тему опубликовано множество научных трудов и популярных статей. Ссылка на одну из наиболее исчерпывающих обзорных работ приводится в конце нашей заметки.

В заключение хочется отметить, что молнии — серьёзная угроза для жизни людей. Поражение человека или животного молнией часто происходит на открытых пространствах так как электрический ток идёт по кратчайшему пути «грозовое облако-земля». Часто молния попадает в деревья и трансформаторные установки на железной дороге, вызывая их возгорание. Поражение обычной линейной молнией внутри здания невозможно, однако бытует мнение что так называемая шаровая молния может проникать через щели и открытые окна. Обычный грозовой разряд опасен для телевизионных и радиоантенн, расположенных на крышах высотных зданий, а также для сетевого оборудования.

Похожие статьи на сайте:

Почему небо голубое?

Глобальное изменение климата

Остановится ли Гольфстрим?

Что такое ледяной дождь?

Температура над Землей

Загадка снежинки

Если прибавить к морозу ветер…

temperatures.ru

Ученые вычислили температуру молнии

Молния — одна из самых разрушительных сил в природе. Но из всего фольклора и легенд, накопленных в истории человечества о молнии, мы на удивление мало знаем о внутреннем действии этого мощного явления.

"Базовая физика молнии, такая как зарождение молнии и распространение молнии, не полностью понятна на данный момент", — говорит Роберт Мур, исследователь молнии из Университета Флориды в Гейнсвилле. "Мы знаем основы, но не детали. Поэтому, когда кто-то добивается успеха, это главное".

Прямой удар от удара молнии может растопить кабель питания или вызвать лесной пожар, где большое количество тепла от молнии играет основную роль", -сказал Сянчао Ли, ученый из Китая, который специализируется на исследованиях молнии. Ли и его команда обнаружили математическую связь между интенсивностью тока и температурой внутри молнии. Хотя каждый день на Земле происходит приблизительно 100 000 ударов молнии, случайность происшествий мешает ученым эффективно или систематически изучать их.

К счастью, существует устройство, известное как система генерации импульсного тока. Оно может создавать искусственные молнии с токами до десятков тысяч ампер. В сравнении, домашний или автомобильный предохранитель обычно оценивается значительно ниже ста ампер, а электрический ток в несколько ампер может легко убить. Естественный удар молнии обычно несет около 20-30 000 ампер тока. Конечно, есть и другие факторы, такие как размер и настройка естественной молнии, которые не могут быть воспроизведены в лаборатории, но только с точки зрения чистого выходного тока, молния, генерируемая устройством, может дать ответы на существующие вопросы.

Используя систему искусственного освещения, Ли и его команда могли по своему усмотрению набирать удары молнии с током от 5000 до 50000 ампер. Это привело к искусственным ударам молнии с температурой до 17000 градусов по Фаренгейту, что в два раза выше, чем у поверхности Солнца. Это создает новую проблему. При таких высоких температурах нормальный термометр взорвется. И даже если это не так, он не отреагирует достаточно быстро, чтобы зарегистрировать температуру удара молнии. К счастью, в молнии есть свет.

Ли и его команда смогли записать температуру молнии в течение миллисекунды, измеряя интенсивность света на различных длинах волн. После удара молнией в одном и том же месте они пришли к выводу, что соотношение между током и температурой молнии является в высокой степени логарифмическим, что означает, что разность температур между ударами молнии с 1000 и 10000 ампер аналогична разнице температур с 10000 и 100 000 ампер. Этот результат является убедительным доказательством предыдущих теоретических прогнозов, которым не хватало поддержки данных.

Фото:novi.ba

www.ecosever.ru

Температура молнии в пять раз выше, чем на поверхности Солнца | Дневник

Температура молнии 30 тысяч градусов - в пять раз выше, чем на поверхности Солнца. Напряжение может достигать 16 миллионов вольт. Ток - 200 тысяч ампер.
Каждый день атмосфера обрушивает на Землю примерно 8 миллионов молний. Вероятность того, что какая-нибудь ударит конкретно в вас, невелика: максимум 1 к 600 000. Но она существует.

* * *

По всем физическим законам, молний быть не должно. Ведь воздух - отличный электрический изолятор. И чтобы пробить разрядом его слой толщиной в несколько сотен метров необходимо электрическое поле колоссальной напряженности - порядка 150 киловольт на метр. Таковы данные лабораторных исследований. А грозовое облако более 30 киловольт на метр не генерирует. Тем не менее молнии бьют - интенсивно и часто. Иные протягиваются на несколько километров. Из космоса вообще кажется, будто бы Земля подвергается непрерывной массированной бомбардировке - столько в ее атмосфере ярких сполохов.

Парадокс разрешил, как ему кажется, британский физик Кристофер Скотт (Christopher Scott) из Университета Ридинга (University of Reading, UK).

Электрический заряд, благодаря которому, возникает молния, накапливается в облаках за счет трения друг о дружку крошечных частичек льда. Или водяных капель. Это, собственно, не новость. Подобные представления давно популярны. Равно, как и недоумения в том, что накопленного заряда не хватает для удара молнии.

Скотт полагает, что в процесс вмешиваются космические лучи - частицы высоких энергий, которые влетают в атмосферу Земли. Взаимодействуя с молекулами воздуха, они вышибают электроны, тем самым ионизируя воздух. И создают электрическое поле высокой напряженности - гораздо сильнее, чем грозовая туча. Вот его-то уже хватает для разрядов молний.

Еще один источник электрической напряженности - Солнце. Его так называемый солнечный ветер - тоже поток заряженных частицы высоких энергий. И они ионизируют воздух, создавая "проходы" для молний.

По расчетам Скотта, космические лучи создают своего рода электрический фон, благодаря которому молнии и возникают. А солнечный ветер периодически добавляет напряженности, усиливаясь во время вспышек на Солнце - так называемых корональных выбросов.

koppel.pro

Интересное. Молнии. Бьет ли током в море, когда в него ударяет молния? Ученые вычислили температуру молнии. (ВИДЕО) » Москва


 

От места удара молнии ток расходится по воде в разные стороны, преимущественно по поверхности, и слабеет с расстоянием. Считается, что смертельную опасность для пловца он представляет на удалении до 10 метров.

 

Причем в озере угроза поражения выше, поскольку пресная вода уступает по проводимости электролитам человеческого тела, и ток будет преимущественно течь через него. А вот для рыб страшнее не ток, а гром: в 10 метрах от места попадания молнии интенсивность звука в воде составляет 240 децибелов, он глушит рыбу, как взрыв, и даже в сотнях метров еще опасен.

 

Вас заворожит молния на суперзамедленной съемке

Исследователь молний из Флоридского технологического института Нинью Лю снял на видео молнии в замедленной съемке. Вспышки записали на видео с частотой 7000 кадров в секунду и воспроизвел с частотой 700 fps. Так что можно разглядеть каждую деталь этого грандиозного природного явления.

 

Замедленная съемка молнии

  Ученые вычислили температуру молнии

Прямое попадание молнии может расплавить силовой кабель или стать причиной лесного пожара. Однако долгое время не было известно, какова температура и сила разряда молнии. Ученые из Нанкинского университета информационных наук и технологий (Китай) выявили математическую зависимость между силой тока и температурой молнии. Результаты исследования на эту тему опубликованы в журнале Scientific Reports. Кратко о них пишет Live Science.

Непредсказуемый характер появления молний затрудняет их систематическое изучение. Группа китайских ученых под руководством Сянляо Ли работала с искусственными молниями, полученными с помощью специального генератора. Им удалось создать разряды с различной силой тока — от 5 тысяч до 50 тысяч ампер. Внутри молнии они зафиксировали температуру около 9,5 тысячи градусов Цельсия — почти в два раза выше температуры поверхности Солнца.


Естественно, такую высокую температуру невозможно измерить обычным термометром. Чтобы определить ее, ученые измерили интенсивность света на различных длинах волн. Кроме того, специалисты выявляли логарифмическую зависимость между силой тока и температурой молнии.

 

3rm.info

Шаровые молнии – необъяснимый природный феномен

 

Как правило, люди боятся того, что не могут понять и объяснить. Исключением не являются и шаровые молнии. Да, конечно, в мире немало людей, которых пугают обычные молнии. Но это страх иного рода – страх за свою жизнь, свое здоровье либо психологический страх, унаследованный из детства. К тому же, большинство людей знают, как ведет себя обычная гроза и как от нее защититься. Но, несмотря на десятки лет изучения, ученые так и не смогли найти достоверных ответов на вопросы, что такое шаровая молния, почему она возникает и как себя ведет. Рассмотрим подробнее, что известно об этом природном феномене.


Внешний вид шаровой молнии
Вряд ли найдется человек, повстречавшейся с шаровой молнией и спутавший ее с чем-то, несмотря на все многообразие ее форм, размеров, цветов… Как правило, шаровая молния, как и следует из ее названия, имеет форму шара и светится подобно лампочке 60-100 Ватт. Реже встречаются молнии, формой напоминающие гриб, каплю или грушу. Наконец, изредка попадаются шаровые молнии таких экзотически форм, как линза, блин или бублик. Еще большим разнообразием может похвастаться цвет шаровых молний: от прозрачного до черного. Хотя преобладают оттенки оранжевого, красного или желтого цветов. Так же цвет молнии может быть неоднородным или же меняться, подобно окрасу хамелеону. Наконец, размер шаровых молний колеблется от нескольких сантиметров до нескольких метров. Преобладают молнии размером около 15 сантиметров.
Значительно хуже дело обстоит с описанием температуры и массы шаровых молний. По мнению ученых, их температура по Цельсию должна составлять 100-1000 градусов. В этом случае необъяснимым остается тот факт, что люди оказавшиеся на расстоянии вытянутой руки от молнии не только не получали ожогов, но обычно даже не ощущали тепла. Не меньшей загадкой является и масса молний: не важно, какой размер имеет шаровая молния, ее масса составляет 5-7 грамм.
Как ведет себя шаровая молния
Для ученых поведение шаровых молний по-прежнему остается непредсказуемым. Они могут возникать в любом месте и в любое время, абсолютно непредсказуемо вести себя, а затем так же необъяснимо взорваться или исчезнуть.
Прежде, считалось, что шаровые молнии – спутники обычных молний во время грозы. Позже стало понятно, что шаровые молнии могут возникать даже в солнечную погоду, не предвещающую грозу. Какое-то время было распространенно мнение, что шаровые молнии возникают вблизи и притягиваются к местам, обладающим высоким напряжением и магнитным полем – проводам электроэнергии. Но молнии не раз были замечены практически в чистом поле…
Шаровые молнии способны проникать в жилища людей сквозь розетки или крошечные отверстия в стенах и стеклах. При этом, молнии на время превращаются в тонкие сосиски, а затем снова восстанавливают свою форму. А отверстия, через которые незваные гости проникают внутрь помещения остаются не оплавленными.

Шаровые молнии способны на время зависать над землей, а в следующую секунду мчаться куда-то со скоростью 10 метров в секунду. Встретив я на своем пути людей или животных, шаровые молнии могут обогнуть преграду или кружить вокруг, как бы изучая их. А могут поразить живую преграду электричеством, обжечь, после чего взорваться с грохотом или же раствориться, не оставив после себя в воздухе никаких следов.
Впрочем, такие случаи редкость – менее 10% процентов. Как правило, шаровые молнии не причиняют вреда ни людям, ни животным, не смотря на многочисленные рассказы об обратном. А оказавшись в доме, они почти всегда стремятся вернуться обратно на улицу, чтобы там исчезнуть.
Большой загадкой, связанной с шаровыми молниями и не имеющей логического объяснения является то, что порой они «привязываются» к конкретному человеку и регулярно возникают рядом с ним. При этом подобные случае делятся на два вида. В первом, молнии не только регулярно возникают рядом с человеком, но и каждый раз поражают его электричеством. Во втором же случае возникающие молнии ведут себя мирно по отношению к этому человеку, при этом порой атакуя окружающих.
Другая загадка: шаровая молния может убить человека, не оставив на его теле никаких следов. Труп жертвы при этом длительное время не разлагается и не коченеет. Часть ученых объясняет это тем, что молния в теле жертвы «останавливает время».
Наука о шаровой молнии
За свою историю человечество накопила тысячи свидетельств встреч с «разумными шарами». Впрочем, это до сих пор не помогло ученым создать стройную и логичную теорию, объясняющую природу шаровых молний. Хотя и было выдвинута масса разрозненных теорий об этом феномене. А периодически ученым удается создать в лабораторных условиях плазмоиды – объекты, схожие с шаровыми молниями формой и свойствами.
Пожалуй, самая известная и при этом разработанная раньше других — теория академика П.Л.Капицы. Согласно этой теории шаровую молнию порождают коротковолновые электромагнитные колебания между землей и грозовыми тучами. Впрочем, академик так и не смог объяснить природу этих колебаний. Кроме того, как уже упоминалось, шаровые молнии далеко не всегда являются «спутниками» обычных гроз и нередко возникают в ясную погоду. Несмотря на эти дыры в теории Капицы большинство последующих гипотез базировались на выводах академика.
Согласно теории, созданной Б.М.Смирновым, ядро шаровой молнии представляет собой ячеистую структуру, которая при малом весе имеет прочный каркас, который состоит из плазменных нитей.
Природа шаровых молний в теории Д.Тернера объясняется термохимическими эффектами, которые протекают в насыщенном водяном паре в условиях мощного электрического поля.
Но, пожалуй, самой интересной из существующих можно назвать теорию, принадлежащую Д.Абрахамсону и Д.Диннису, новозеландским химикам. Ученые выяснили, что ударяя в почву, содержащую органический углерод и силикаты, молния образует клубок волокон кремния и его карбида. Постепенно окисляясь, эти волокна начинают светиться. Так появляется «огненный» шар, температура которого достигает 1200-1400 градусов по Цельсию и который начинает постепенно таять. Кроме того, молния может взорваться, если ее температура зашкаливает. Впрочем, подобно остальным, эта теория страдает все тем же недостатком – она не в силах объяснить каждый случай возникновения шаровых молний. И, несмотря на все многообразие теорий, по большому счету, шаровая молния остается загадкой для официальной науки. Потому неудивительно, что этот природный феномен породил множество околонаучных теорий.

Околонаучные теории
К примеру, существуют имеющие крайне мало общего со здравым смыслом теории, согласно которым шаровые молнии – «огненные птицы», адские псы, демоны с горящими глазами… При желании вы без труда найдете подобные истории в интернете. Рассмотрим менее фантастические теории.
Выше уже говорилось о разнообразном избирательном поведении шаровых молний при встрече с человеком. Кого-то «огненные шары» игнорируют, не проявляя к ним малейшего интереса. Кого-то атакуют, а кого-то словно изучают, кружа вокруг. Это породила идею, что шаровые молнии обладают разумом, являясь энергетическими сущностями, исследующими наш мир либо приборами, созданными с той же целью. Действительно, сбор информации – это всегда работа с энергией.
Способность шаровых молний бесследно исчезать в одном месте и возникать в другом из ниоткуда объясняется тем, что при этом шаровые молнии переходят между нашим измерением и иным, живущим по своим физическим законам. А частое появление шаровых молний во время гроз объясняется тем, что при этом происходит огромный выброс энергии, открывающий портал между измерениями.
Подобные предположения, как минимум, весьма интересны и не лишены доли здравого смысла, если отбросить скептицизм.
Что делать, встретившись с «огненным шаром»?
Главное правило для подобных встреч – сохранять спокойствие, избегая резких движений, так как молнии реагируют на завихрения воздуха. Потому, попытавшись убежать, вы лишь приманите к ее себе. На машине у вас есть шансы оторваться от шаровой молнии, пешком — никаких.
Постарайтесь медленными и плавными движениями уйти с пути шаровой молнии, спрятаться за угол, но не стоит поворачиваться к ней спиной. Находясь в квартире, попытайтесь открыть форточку – весьма вероятно, что гостья покинет помещение через открывшийся проход.
Никогда не бросайте ничего в шаровую молнию. Помните, что она может просто растаять, а может и взорваться. Во втором случае всем, кто находится рядом с молнией, обеспечены ожоги и другие травмы, вплоть до остановки сердца.
Если шаровая молния кого-то задела, и он потерял сознание, перенесите человека в хорошо вентилируемое помещение. Тепло укутайте его, при необходимости сделайте искусственное дыхание, вызовите обязательно скорую помощь.
Следуя этим простым правилам, вы снизите риск травм, встретившись с «огненным шаром». Одним из самых загадочных феноменов, своим поведением ставящих в тупик ученых, пытающихся изучить эти «светящиеся шары».

⏬

Оставьте свой комментарий ниже, и поделитесь в вашей соцсети👇
ДРУГИЕ НОВОСТИ

 

 

evmenov37.ru

Какова температура молнии

Физика

328

14 месяцев назад

Майя

В детстве каждый боялся молнии и помнил наставления взрослых, что во время грозы нельзя стоять под деревом, так как именно к древесине притягивается этот смертоносный электрический поток.

Что на самом деле мы знаем о молнии?

Молния — это гигантский искровой разряд в атмосфере, который проявляется яркой вспышкой света и сопровождается громом. Возникает в кучево-дождевых облаках, но также может возникать между облаками и землей. В кучево-дождевом облаке протекают процессы, которые способствуют накоплению и разделению положительных и отрицательных зарядов, а молния нейтрализует их.

Электризация облачных элементов происходит за счет разбрызгивания капель, их кристаллизации, слиянии и пр. Разделение электрических зарядов в облаках происходит под воздействием нескольких факторов:

  • неодинаковой скорости падения частиц;
  • вертикальных и горизонтальных воздушных течений;
  • электрических полей.

Напряженность электрического поля в грозовом облаке достигает значений 1-2⋅10^5 В/м (вольт на метр). В некоторых частях за счет сближения крупных турбулентных объемов, содержащих противоположные заряды, напряженность электрического поля может достигать 1-3⋅10^6 В/м. Увеличение напряженности до такой величины и приводит к возникновению электрического пробоя, т.е. молнии.

Горячее, чем Солнце

Прямое попадание молнии в какой-либо объект может расплавить силовой кабель, стать причиной лесного пожара, явиться исходом жизни человека. Долгое время никто не знал, какова же температура и сила разряда молнии. Однако ученые из Нанкинского университета информационных наук и технологий в Китае под руководством профессора Сянляо Ли вычислили математическую зависимость между силой тока и температурой молнии. Исследователи работали с искусственными молниями, которые они получили с помощью специального генератора. Им удалось создать разряды с различной силой тока, от 5 до 50 тысяч ампер. Внутри молнии ученые зафиксировали температуру около 9,5 тысячи градусов по Цельсию,что почти в 2 раза выше температуры поверхности Солнца.

Естественно, такую высокую температуру просто невозможно измерить обычным термометром. Чтобы определить ее, ученые установили интенсивность света на различных длинах волн. Также специалисты выявляли логарифмическую зависимость между силой тока и температурой молнии.

Наиболее типичная молния — линейная (см. на фото). Она представляет собой искру с разветвлениями длиной 1-10 км, диаметром в несколько сантиметров. Вспышка длится 0,01-0,1 секунды, температура превышает 25 000°C. Часто происходит несколько повторных разрядов по одному и тому же каналу, при этом общая продолжительность вспышки может достигать 1 секунду и более.

vashurok.ru

Как образуется молния? – boeffblog.ru

Что такое гроза?

Гроза – это атмосферное явление, которое сопровождается светомузыкальными эффектами под названиями молния и гром. Еще при грозе частенько бушует ветер и льется дождь. В общем-то каждый и сам все видел и все это знает. С дождем и ветром более менее понятно, но возникает вопрос откуда берутся молния и гром? Обычно люди, которые знают, что электричество живет в розетке, делают серьезное лицо и выдают ответ: “Это облака сталкиваются, поэтому сверкает.” Неплохой ответ конечно, но давайте ответим на этот вопрос с физической точки зрения.

Что такое молния?

Молния – это электрический разряд. Но откуда же он берется? А все начинается с облаков. С поверхности земли испаряется влага, которая поднимается вверх в виде капелек. “Стая” таких капелек собирается на определенной высоте и становится видна с земли в виде облака (в одном облаке просто невероятное количество капель). К облакам постоянно присоединяются новые капли, а старые могут отрываться от них. Если их присоединяется больше, чем отрывается, то облако растет. Размер облака по вертикали может достигать нескольких километров (расстояние от земли до нижней части облака примерно 0.5 – 2 км). В облаках температура может быть ниже нуля градусов по Цельсию, поэтому капельки замерзают и становятся льдинками. Эти льдинки находятся в постоянном движении, поэтому очень часто сталкиваются друг с другом. В результате этих столкновений одни капли/льдинки заряжаются положительно (они более легкие, поэтому поднимаются вверх), а другие отрицательно (они более тяжелые, поэтому скапливаются в нижней части облака).

При этом процессе нижняя часть облака заряжается отрицательно, а верхняя – положительно. При этом такое облако уже имеет большие размеры и становится грозовым. Нужно понимать, что не каждое облако становиться грозовым, так как этот процесс занимает длительное время, и нужно, чтобы сложились благоприятные условия (чтобы облако не распалось раньше, чем оно накопит достаточный заряд и наберет достаточную массу).

Теперь вернемся к молнии. Если два таких грозовых облака подходят на достаточно близкое расстояние (да еще одно подходит отрицательной стороной, а другое – положительной), заряженные частицы (электроны и ионы) начинают проскакивать через воздушную прослойку между двумя облаками (ведь плюс и минус, как мы знаем, должны притягиваться). Даже воздушная прослойка не может их остановить, настолько большие заряды у облаков!

Обычно первые частицы являются “полководцами”, так как они прокладывают канал между облаками, по которому сразу же устремляются миллиарды других заряженных частиц.

В этот момент мы и видим молнию!

Часто случается такое, что молния бьет прямо в землю. В этом случае сама земля выступает в качестве скопления положительного заряда, а остальное происходит как описано выше.

Почему молния имеет изломы?

Когда заряженные частицы летят через воздушную прослойку между облаками, они могут сталкиваться с молекулами воздуха или каплями (льдинками) воды. От этих столкновений меняется направление движения заряженных частиц, но в целом они продолжают двигаться в сторону второго облака, чтобы замкнуться на нем.

Почему мы слышим гром?

Гром – это звуковое сопровождение молнии, без которого невозможно достигнуть необходимого порога страха. Именно грома человек боится больше, чем светящейся полоски на небе. 

При прохождении электрического разряда (молнии) происходит резкое повышение температуры окружающего воздуха до нескольких тысяч или даже миллионов градусов. Этот температурный скачок приводит к локальному расширению нагретого воздуха (взрыв), которое вызывает ударную волну (раскат грома). Если молния имеет много изломов, то мы слышим несколько раскатов грома при каждой резкой смене направления возникает новый “взрыв“. 

Так как скорость звука в воздухе меньше скорости света, мы слышим гром немного позже самой вспышки. По времени задержки грома можно примерно посчитать расстояние до того места, где появилась молния. Для этого нужно посчитать: через сколько секунд слышится гром после вспышки. Каждая секунда равна расстоянию в 1 километр. То есть, если после вспышки прошло 10 секунд до того как прогремел гром, то молния сверкнула на расстоянии 10 км.

 

 

А Вы боитесь грозы??

 

boeffblog.ru

Спрайт (молния) — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

У этого термина существуют и другие значения, см. Спрайт. Первое цветное изображение спрайта, снятое с самолёта

Спрайт (англ. sprite — фея; эльф) — вид электрических разрядов холодной плазмы, бьющей в мезосфере и термосфере. Явление спрайтов было теоретически предсказано в 1924 году [1]

Спрайты трудно различимы, но они появляются в сильную грозу на высоте примерно от 50 до 130 километров (высота образования «обычных» молний — не более 16 километров) и достигают в длину до 60 км и до 100 км в диаметре. Спрайты появляются через десятые доли секунды после удара очень сильной молнии и длятся менее 100 миллисекунд. Чаще всего спрайты распространяются одновременно вверх и вниз, но при этом распространение вниз заметно больше и быстрее.

Впервые это явление было зафиксировано в 1989 году случайно. 6 июля 1989 года физики из Миннесотского университета тестировали новую чувствительную камеру для экспериментов на большой высоте, камера была направлена на звезды случайным образом. В объектив попала гроза вдали. После просмотра записи обнаружили воронкообразные вспышки света длительностью несколько миллисекунд, примерно в 30 км над облаками длиной 20 км. По чистой случайности в объектив попало неизвестное науке явление. После этого начали просматривать съёмки со спутников и оказалось что в кадр попадали десятки таких вспышек. Разница цветов у спрайта объясняется различным давлением и составом атмосферы на разных высотах. На высоте 70 км азот дает красное свечение, а чем ближе к земле, тем больше давление и количество кислорода, что и меняет цвет на синий, голубой и белый. До сих пор о физической природе спрайтов известно крайне мало[2].

«Молния во время грозы может создать поле электрической напряженности в пространстве над собой, что визуально будет выглядеть как вспышка света странной формы, которая обычно называется спрайтом, — говорит Колин Прайс, геофизик из Университета Тель-Авива. — Мы сейчас понимаем, что специфические разновидности молний могут вызвать такой эффект выше в атмосфере»[3].

Спрайты возникают чаще группами, чем по одному, организованы по кругу. Спрайты в небе подвижны, совершают «танцующие» движения. Люди, утверждающие, что видели неопознанный летающий объект (НЛО), могли принять систему спрайтов за неопознанный объект[2]. «Свечи» (вертикальные столбы света) в спрайтах достигают 20 км в высоту, их пучок может быть диаметром до 70 км[3].

На протяжении последних пяти лет ученые из DTU Space (англ.)русск. Датского технического университета изучали спрайты при помощи камер на вершинах гор. Однако они позволяли делать лишь снимки небольших вспышек из облаков, расположенных на небольшой высоте. Размещение камер на международной космической станции (МКС) позволит производить наблюдения за огромными вспышками, вырывающимися из облаков.

В настоящее время в DTU Space уже есть отработанный набор инструментов для подобных исследований, получивший название Монитор атмосферно-космических взаимодействий (ASIM)[4]. Его и намерено использовать в своих исследованиях Европейское космическое агентство.

По словам Торстена Нойберта (Torsten Neubert) из DTU Space, одной из главных задач, которые предстоит решить в ходе научной работы, является понимание природы образования вспышек и измерение частоты их появления.

ru.wikipedia.org

Гроза — Википедия

Гроза́ — атмосферное явление, при котором внутри облаков или между облаками и земной поверхностью возникают электрические разряды — молнии, сопровождаемые громом. Как правило, гроза образуется в мощных кучево-дождевых облаках и связана с ливневым дождём, градом и шквальным усилением ветра.

Гроза — одно из самых опасных для человека явлений, связанных с погодой: по количеству зарегистрированных смертных случаев только внезапные наводнения приводят к бо́льшим людским потерям[1].

Грозовое положение — синоптическая ситуация, характеризуемая наличием мощной кучевой и кучево-дождевой облачности, но без грозы. При этом вероятность грозы составляет 30-40 %[2].

Распределение грозовых разрядов по поверхности Земли.

Одновременно на Земле действует около полутора тысяч гроз, средняя интенсивность разрядов оценивается как 100 молний в секунду. По поверхности планеты грозы распределяются неравномерно. Над океаном гроз наблюдается приблизительно в десять раз меньше, чем над континентами. В тропической и экваториальной зоне (от 30° северной широты до 30° южной широты) сосредоточено около 78 % всех молниевых разрядов. Максимум грозовой активности приходится на Центральную Африку. В полярных районах Арктики и Антарктики и над полюсами гроз практически не бывает. Интенсивность гроз следует за солнцем: максимум гроз приходится на лето (в средних широтах) и дневные послеполуденные часы. Минимум зарегистрированных гроз приходится на время перед восходом солнца. На грозы влияют также географические особенности местности: сильные грозовые центры находятся в горных районах Гималаев и Кордильер[3].

Среднегодовое число дней с грозой в некоторых городах России[4]:

Стадии развития[править | править код]

Стадии развития грозового облака.

Необходимыми условиями для возникновения грозового облака является наличие условий для развития конвекции или иного механизма, создающего восходящие потоки запаса влаги, достаточного для образования осадков, и наличия структуры, в которой часть облачных частиц находится в жидком состоянии, а часть — в ледяном. Конвекция, приводящая к развитию гроз, возникает в следующих случаях:

  • при неравномерном нагревании приземного слоя воздуха над различной подстилающей поверхностью. Например, над водной поверхностью и сушей из-за различий в температуре воды и почвы. Также при перемещении холодных воздушных масс на тёплую земную поверхность и над прогретой сушей летом (местные, или тепловые грозы)[5]. Над крупными городами интенсивность конвекции значительно выше, чем в окрестностях города.
  • при подъёме или вытеснении тёплого воздуха холодным на атмосферных фронтах[5]. Атмосферная конвекция на атмосферных фронтах значительно интенсивнее и чаще, чем при внутримассовой конвекции. Часто фронтальная конвекция развивается одновременно со слоисто-дождевыми облаками и обложными осадками, что маскирует образующиеся кучево-дождевые облака.
  • при подъёме воздуха в районах горных массивов. Даже небольшие возвышенности на местности приводят к усилению образования облаков (за счёт вынужденной конвекции). Высокие горы создают особенно сложные условия для развития конвекции и почти всегда увеличивают её повторяемость и интенсивность.

Все грозовые облака, независимо от их типа, последовательно проходят 3 стадии:

  1. кучевое облако,
  2. зрелое грозовое облако,
  3. распад[6].

Классификация грозовых облаков и гроз[править | править код]

В 20 веке грозы классифицировались в соответствии с условиями формирования: внутримассовые, фронтальные или орографические. В настоящее время принято классифицировать грозы в соответствии с характеристиками самих гроз. Эти характеристики в основном зависят от метеорологического окружения, в котором развивается гроза.
Основным необходимым условием для образования грозовых облаков является состояние неустойчивости атмосферы, формирующее восходящие потоки. В зависимости от величины и мощности таких потоков формируются грозовые облака различных типов.

Одноячейковое грозовое облако[править | править код]

Цикл жизни одноячейкового облака.

Одноячейковые кучево-дождевые (Cumulonimbus, Cb) облака развиваются в дни со слабым ветром в малоградиентном барическом поле. Их называют ещё внутримассовыми или локальными. Они состоят из конвективной ячейки с восходящим потоком в центральной своей части, могут достигать грозовой и градовой интенсивности и быстро разрушаться с выпадением осадков. Размеры такого облака: поперечный — 5—20 км, вертикальный — 8—12 км, продолжительность жизни — около 30 минут, иногда — до 1 часа. Серьёзных изменений погоды после грозы не происходит.
Формирование облачности начинается с возникновения кучевого облака хорошей погоды (Cumulus humilis). При благоприятных условиях возникшие кучевые облака быстро растут как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, при этом восходящие потоки находятся почти по всему объёму облака и увеличиваются от 5 м/с до 15-20 м/с. Нисходящие потоки очень слабы. Окружающий воздух активно проникает внутрь облака за счёт смешения на границе и вершине облака. Облако переходит в стадию средних кучевых (Cumulus mediocris). Образующиеся в результате конденсации мельчайшие водяные капли в таком облаке сливаются в более крупные, которые уносятся мощными восходящими потоками вверх. Облако ещё однородное, состоит из капель воды, удерживаемых восходящим потоком, — осадки не выпадают. В верхней части облака при попадании частиц воды в зону отрицательных температур капли постепенно начинают превращаться в кристаллы льда. Облако переходит в стадию мощного кучевого облака (Cumulus congestus). Смешанный состав облака приводит к укрупнению облачных элементов и созданию условий для выпадения осадков и образования грозовых разрядов. Такое облако называют кучево-дождевым (Cumulonimbus) или (в частном случае) кучево-дождевым лысым (Cumulonimbus calvus). Вертикальные потоки в нём достигают 25 м/с, а уровень вершины достигает высоты 7—8 км.
Испаряющиеся частицы осадков охлаждают окружающий воздух, что приводит к дальнейшему усилению нисходящих потоков. На стадии зрелости в облаке одновременно присутствуют и восходящие, и нисходящие воздушные потоки.
На стадии распада в облаке преобладают нисходящие потоки, которые постепенно охватывают все облако.

Многоячейковые кластерные грозы[править | править код]

Схема многоячейковой грозовой структуры.

Это наиболее распространённый тип гроз, связанный с мезомасштабными (имеющими масштаб от 10 до 1000 км) возмущениями. Многоячейковый кластер состоит из группы грозовых ячеек, двигающихся как единое целое, хотя каждая ячейка в кластере находится на разных стадиях развития грозового облака. Грозовые ячейки, находящиеся в стадии зрелости, обычно располагаются в центральной части кластера, а распадающиеся ячейки — с подветренной стороны кластера. Они имеют поперечные размеры 20—40 км, их вершины нередко поднимаются до тропопаузы и проникают в стратосферу. Многоячейковые кластерные грозы могут давать град, ливневые дожди и относительно слабые шквальные порывы ветра. Каждая отдельная ячейка в многоячейковом кластере находится в зрелом состоянии около 20 минут; сам многоячейковый кластер может существовать в течение нескольких часов. Данный тип грозы обычно более интенсивен, чем одноячейковая гроза, но много слабее суперъячейковой грозы.

Многоячейковые линейные грозы (линии шквалов)[править | править код]

Многоячейковые линейные грозы представляют собой линию гроз с продолжительным, хорошо развитым фронтом порывов ветра на передней линии фронта. Линия шквалов может быть сплошной или содержать бреши. Приближающаяся многоячейковая линия выглядит как тёмная стена облаков, обычно покрывающая горизонт с западной стороны (в северном полушарии). Большое число близко расположенных восходящих/нисходящих потоков воздуха позволяет квалифицировать данный комплекс гроз как многоячеечный, хотя его грозовая структура резко отличается от многоячейковой кластерной грозы. Линии шквалов могут давать крупный град (диаметром более 2 см) и интенсивные ливни, но больше они известны как системы, создающие сильные нисходящие потоки и сдвиги ветра, опасные для авиации. Линия шквалов близка по свойствам к холодному фронту, но является локальным результатом грозовой деятельности. Часто линия шквалов возникает впереди холодного фронта. На радарных снимках эта система напоминает изогнутый лук (bow echo). Данное явление характерно для Северной Америки, на территории Европы и Европейской территории России наблюдается реже.

Суперъячейковые грозы[править | править код]

Вертикальная и горизонтальная структура суперъячейкового облака.

Суперъячейка — наиболее высокоорганизованное грозовое облако. Суперъячейковые облака относительно редки, но представляют наибольшую угрозу для здоровья и жизни человека и его имущества. Суперъячейковое облако схоже с одноячейковым тем, что оба имеют одну зону восходящего потока. Различие состоит в размере суперъячейки: диаметр порядка 50 км, высота — 10—15 км (нередко верхняя граница проникает в стратосферу) с единой полукруглой наковальней. Скорость восходящего потока в суперъячейковом облаке значительно выше, чем в других типах грозовых облаков: до 40—60 м/с. Основной особенностью, отличающей суперъячейковое облако от облаков других типов, является наличие вращения. Вращающийся восходящий поток в суперъячейковом облаке (в радарной терминологии называемый мезоциклоном) создаёт экстремальные по силе погодные явления, такие, как крупный град (диаметром 2—5 см, иногда и более), шквалы со скоростью до 40 м/с и сильные разрушительные смерчи. Окружающие условия являются основным фактором в образовании суперъячейкового облака. Необходима очень сильная конвективная неустойчивость воздуха. Температура воздуха у земли (до грозы) должна быть +27…+30 °C и выше, но главным необходимым условием является ветер переменного направления, вызывающий вращение. Такие условия достигаются при сдвиге ветра в средней тропосфере. Осадки, образующиеся в восходящем потоке, переносятся по верхнему уровню облака сильным потоком в зону нисходящего потока. Таким образом, зоны восходящего и нисходящего потоков оказываются разделёнными в пространстве, что обеспечивает жизнь облака в течение длительного периода времени. Обычно на передней кромке суперъячейкового облака наблюдается слабый дождь. Ливневые осадки выпадают вблизи зоны восходящего потока, а наиболее сильные осадки и крупный град выпадают к северо-востоку от зоны основного восходящего потока (в Северном полушарии). Наиболее опасные условия наблюдаются неподалёку от зоны основного восходящего потока (обычно смещённые к задней части грозы).

Физические характеристики грозовых облаков[править | править код]

Самолётные и радарные исследования показывают, что единичная грозовая ячейка обычно достигает высоты порядка 8—10 км и живёт порядка 30 минут. Изолированная гроза обычно состоит из нескольких ячеек, находящихся в различных стадиях развития, и длится порядка часа. Крупные грозы могут достигать в диаметре десятков километров, их вершина может достигать высоты свыше 18 км, и они могут длиться много часов.

Восходящие и нисходящие потоки[править | править код]

Восходящие и нисходящие потоки в изолированных грозах обычно имеют диаметр от 0,5 до 2,5 км и высоту от 3 до 8 км. Иногда диаметр восходящего потока может достигать 4 км. Вблизи поверхности земли потоки обычно увеличиваются в диаметре, а скорость в них падает по сравнению с выше расположенными потоками. Характерная скорость восходящего потока лежит в диапазоне от 5 до 10 м/с и доходит до 20 м/с в верхней части крупных гроз. Исследовательские самолёты, пролетающие сквозь грозовое облако на высоте 10 000 м, регистрируют скорость восходящих потоков свыше 30 м/с. Наиболее сильные восходящие потоки наблюдаются в организованных грозах.

Шквалы[править | править код]
Перед августовским шквалом 2010 года в Гатчине

В некоторых грозах возникают интенсивные нисходящие воздушные потоки, создающие на поверхности земли ветер разрушительной силы. В зависимости от размера такие нисходящие потоки называются шквалами или микрошквалами. Шквал диаметром более 4 км может создавать ветер до 60 м/с. Микрошквалы имеют меньшие размеры, но создают ветер скоростью до 75 м/с. Если порождающая шквал гроза образуется из достаточно тёплого и влажного воздуха, то микрошквал будет сопровождаться интенсивным ливневым дождём. Однако, если гроза формируется из сухого воздуха, осадки во время выпадения могут испариться (испаряющиеся в воздухе полосы осадков или virga), и микрошквал будет сухим. Нисходящие воздушные потоки являются серьёзной опасностью для самолётов, особенно во время взлёта или посадки, так как они создают вблизи земли ветер с сильными внезапными изменениями скорости и направления.

Вертикальное развитие[править | править код]

В общем случае, активное конвективное облако будет подниматься до тех пор, пока оно не утратит плавучесть. Потеря плавучести связана с нагрузкой, создаваемой образовавшимися в облачной среде осадками, или смешением с окружающим сухим холодным воздухом, или комбинацией этих двух процессов. Рост облака также может быть остановлен слоем блокирующей инверсии, то есть слоем, где температура воздуха растёт с высотой. Обычно грозовые облака достигают высоты порядка 10 км, но иногда достигают высот более 20 км. Когда влагосодержание и нестабильность атмосферы высоки, то при благоприятном ветре облако может вырасти до тропопаузы, слоя, отделяющего тропосферу от стратосферы. Тропопауза характеризуется температурой, остающейся приблизительно постоянной с ростом высоты и известной как область высокой стабильности. Как только восходящий поток начинает приближаться к стратосфере, то довольно скоро воздух в вершине облака становится холоднее и тяжелее окружающего воздуха, и рост вершины останавливается. Высота тропопаузы зависит от широты местности и от сезона года. Она варьируется от 8 км в полярных регионах до 18 км и выше вблизи экватора.

Когда кучевое конвективное облако достигает блокирующего слоя инверсии тропопаузы, оно начинает растекаться в стороны и образует характерную для грозовых облаков «наковальню». Ветер, дующий на высоте наковальни, обычно сносит облачный материал по направлению ветра.

Турбулентность[править | править код]

Самолёт, пролетающий сквозь грозовое облако (залетать в кучево-дождевые облака запрещается), обычно попадает в болтанку, бросающую самолёт вверх, вниз и в стороны под действием турбулентных потоков облака. Атмосферная турбулентность создаёт ощущение дискомфорта для экипажа самолёта и пассажиров и вызывает нежелательные нагрузки на самолёт. Турбулентность измеряется разными единицами, но чаще её определяют в единицах g — ускорения свободного падения (1g = 9,8 м/с2). Шквал в один g создаёт опасную для самолётов турбулентность. В верхней части интенсивных гроз зарегистрированы вертикальные ускорения до трёх g.

Движение[править | править код]

Скорость и движение грозового облака зависит от направления ветра, прежде всего, взаимодействия восходящего и нисходящего потоков облака с несущими воздушными потоками в средних слоях атмосферы, в которых развивается гроза. Скорость перемещения изолированной грозы обычно порядка 20 км/ч, но некоторые грозы двигаются гораздо быстрее. В экстремальных ситуациях грозовое облако может двигаться со скоростями 65—80 км/ч — во время прохождения активных холодных фронтов. В большинстве гроз по мере рассеивания старых грозовых ячеек последовательно возникают новые грозовые ячейки. При слабом ветре отдельная ячейка за время своей жизни может пройти совсем небольшой путь, меньше двух километров; однако в более крупных грозах новые ячейки запускаются нисходящим потоком, вытекающим из зрелой ячейки, что создаёт впечатление быстрого движения, не всегда совпадающего с направлением ветра. В больших многоячейковых грозах существует закономерность, когда новая ячейка формируется справа по направлению несущего воздушного потока в северном полушарии и слева от направления несущего потока в южном полушарии.

Энергия[править | править код]

Энергия, которая приводит в действие грозу, заключена в скрытой теплоте, высвобождающейся, когда водяной пар конденсируется и образует облачные капли. На каждый грамм конденсирующейся в атмосфере воды высвобождается приблизительно 600 калорий тепла. Когда водяные капли замерзают в верхней части облака, дополнительно высвобождается ещё около 80 калорий на грамм. Высвобождающаяся скрытая тепловая энергия частично преобразуется в кинетическую энергию восходящего потока. Грубая оценка общей энергии грозы может быть сделана на основе общего количества воды, выпавшей в виде осадков из облака. Типичной является энергия порядка 100 миллионов киловатт-часов, что по приблизительной оценке эквивалентно ядерному заряду в 20 килотонн (правда, эта энергия выделяется в гораздо большем объёме пространства и за гораздо большее время). Большие многоячейковые грозы могут обладать энергией в десятки и сотни раз большей.

Электрическая структура[править | править код]

Структура зарядов в грозовых облаках в различных регионах.

Распределение и движение электрических зарядов внутри и вокруг грозового облака является сложным непрерывно меняющимся процессом. Тем не менее, можно представить обобщённую картину распределения электрических зарядов на стадии зрелости облака. Доминирует положительная дипольная структура, в которой положительный заряд находится в верхней части облака, а отрицательный заряд находится под ним внутри облака. В основании облака и под ним наблюдается нижний положительный заряд. Атмосферные ионы, двигаясь под действием электрического поля, формируют на границах облака экранирующие слои, маскирующие электрическую структуру облака от внешнего наблюдателя. Измерения показывают, что в различных географических условиях основной отрицательный заряд грозового облака расположен на высотах с температурой окружающего воздуха от −5 до −17 °C. Чем больше скорость восходящего потока в облаке, тем на большей высоте находится центр отрицательного заряда. Плотность объёмного заряда лежит в диапазоне 1-10 Кл/км³. Существует заметная доля гроз с инверсной структурой зарядов: — отрицательным зарядом в верхней части облака и положительным зарядом во внутренней части облака, а также со сложной структурой с четырьмя и более зонами объёмных зарядов разной полярности.

Механизм электризации[править | править код]

Для объяснения формирования электрической структуры грозового облака предлагалось много механизмов, и до сих пор эта область науки является областью активных исследований. Основная гипотеза основана на том, что если более крупные и тяжёлые облачные частицы заряжаются преимущественно отрицательно, а более лёгкие мелкие частицы несут положительный заряд, то пространственное разделение объёмных зарядов возникает за счёт того, что крупные частицы падают с большей скоростью, чем мелкие облачные компоненты. Этот механизм, в целом, согласуется с лабораторными экспериментами, которые показывают сильную передачу заряда при взаимодействии частиц ледяной крупы (крупа — пористые частицы из замёрзших водяных капелек) или града с ледяными кристаллами в присутствии переохлаждённых водяных капель. Знак и величина передаваемого при контактах заряда зависят от температуры окружающего воздуха и водности облака, но также и от размеров ледяных кристаллов, скорости столкновения и других факторов. Возможно также действие и других механизмов электризации. Когда величина накопившегося в облаке объёмного электрического заряда становится достаточно большой, между областями, заряженными противоположным знаком, происходит молниевый разряд. Разряд может произойти также между облаком и землёй, облаком и нейтральной атмосферой, облаком и ионосферой. В типичной грозе от двух третей до 100 процентов разрядов приходятся на внутриоблачные разряды, межоблачные разряды или разряды облако — воздух. Оставшаяся часть — это разряды облако-земля. В последние годы стало понятно, что молния может быть искусственно инициирована в облаке, которое в обычных условиях не переходит в грозовую стадию. В облаках, имеющих зоны электризации и создающих электрические поля, молнии могут быть инициированы горами, высотными сооружениями, самолётами или ракетами, оказавшимися в зоне сильных электрических полей.

Нисходящие потоки и шквальные фронты[править | править код]

Шквальный фронт мощной грозы.

Нисходящие потоки в грозах возникают на высотах, где температура воздуха ниже, чем температура в окружающем пространстве, и этот поток становится ещё холоднее, когда в нём начинают таять ледяные частицы осадков и испаряться облачные капли. Воздух в нисходящем потоке не только более плотный, чем окружающий воздух, но и он несёт ещё горизонтальный момент количества движения, отличающийся от окружающего воздуха. Если нисходящий поток возникает, например, на высоте 10 км, то он достигнет поверхности земли с горизонтальной скоростью, заметно большей, чем скорость ветра у земли. У земли этот воздух выносится вперёд перед грозой со скоростью, большей, чем скорость движения всего облака. Именно поэтому наблюдатель на земле ощутит приближение грозы по потоку холодного воздуха ещё до того, как грозовое облако окажется у него над головой. Распространяющийся по земле нисходящий поток образует зону глубиной от 500 метров до 2 км с отчётливым различием между холодным воздухом потока и тёплым влажным воздухом, из которого формируется гроза. Прохождение такого шквального фронта легко определяется по усилению ветра и внезапному падению температуры. За пять минут температура воздуха может понизиться на 5 °C или больше. Шквал образует характерный шквальный ворот с горизонтальной осью, резким падением температуры и изменением направления ветра.

В экстремальных случаях фронт шквала, созданный нисходящим потоком, может достичь скорости, превышающей 50 м/с, и приносит разрушения домам и посевам. Более часто сильные шквалы возникают, когда организованная линия гроз развивается в условиях сильного ветра на средних высотах. При этом люди могут подумать, что эти разрушения вызваны смерчем. Если нет свидетелей, видевших характерное воронкообразное облако смерча, то причину разрушения можно определить по характеру разрушений, вызванных ветром. В смерчах разрушения имеют круговую картину, а грозовой шквал, вызванный нисходящим потоком, несёт разрушения преимущественно в одном направлении. Следом за холодным воздухом обычно начинается дождь. В некоторых случаях дождевые капли полностью испаряются во время падения, что приводит к сухой грозе. В противоположной ситуации, характерной для сильных многоячейковых и суперъячейковых гроз, идёт проливной дождь с градом, вызывающий внезапные наводнения.

Смерчи[править | править код]

Смерч — это сильный маломасштабный вихрь под грозовыми облаками с приблизительно вертикальной, но часто изогнутой осью. От периферии к центру смерча наблюдается перепад давления в 100—200 гПа. Скорость ветра в смерчах может превышать 100 м/с, теоретически может доходить до скорости звука. В России смерчи возникают сравнительно редко. Наибольшая повторяемость смерчей приходится на юг европейской части России.

Ливни[править | править код]

В небольших грозах пятиминутный пик интенсивных осадков может превосходить 120 мм/ч, но весь остальной дождь имеет на порядок меньшую интенсивность. Средняя гроза даёт порядка 2000 кубометров осадков, но крупная гроза может дать в десять раз больше. Большие организованные грозы, связанные с мезомасштабными конвективными системами, могут создать от 10 до 1000 миллионов кубометров осадков.

  • Тарасов Л.В. Ветры и грозы в атмосфере Земли. — Долгопрудный: Интеллект, 2011.

ru.wikipedia.org

Тёмная молния — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Тёмная мо́лния — электрические разряды в земной атмосфере длительностью 0,2–3,5 мс, которые порождают частицы с энергией до 20 МэВ, являющиеся, по мнению исследователей[1], причиной временного выхода из строя датчиков спутников на низких околоземных орбитах. В отличие от обычных молний эти электрические разряды в атмосфере дают очень мало излучения в видимом спектральном диапазоне и практически незаметны в облачном слое.

Согласно предлагаемой исследователями модели, в противоположность обычным молниям, когда перенос электрических зарядов либо с облака на землю, либо в другую часть облака производится медленными электронами, в тёмной молнии перенос заряда осуществляется высокоскоростными электронами[2]. При их столкновениями с молекулами воздуха рождаются гамма-кванты, которые в свою очередь рождают электрон-позитронные пары. В свою очередь при столкновении позитронов с молекулами воздуха они аннигилируют и порождают новые гамма-кванты, которые регистрируются датчиками как гамма-вспышки земного происхождения, а также являются причиной временного выхода из строя датчиков на спутниках. Процесс разряда накопившейся электростатической энергии в атмосфере Земли с помощью «тёмных молний» происходит значительно быстрее, чем с помощью обычных молний.

  1. ↑ Группа учёных под руководством физика Джозефа Дуайера (Joseph Dwyer) из Флоридского технологического института (США), давшая изучаемому ими явлению такое название — «Тёмная молния» («Dark Lightning»).
  2. ↑ с околорелятивистскими скоростями, то есть сравнимыми со скоростью света.
  • Florida Tech Professors Present Dark Side of Dark Lightning / Florida Institute of Technology, April 10, 2013  (англ.)
  • Александр Березин «Тёмные молнии порождают антиматерию и гамма-излучение в атмосфере Земли» // «Компьюлента», 11 апреля 2013 года
  • Александр Березин «Тёмные молнии могут сопутствовать светлым» // «Компьюлента», 25 апреля 2013 года
  • SCIENTISTS DISCOVER EVIDENCE OF DARK LIGHTNING, Popular Science, Apr 9th, 2013  (англ.)
  • ScienceCasts: Dark Lightning, видео от NASA, Jan 7, 2013  (англ.)

ru.wikipedia.org

Смотрите также