Молния

редактировать
Погодное явление, связанное с электростатическим разрядом

Удары молнии «облако-земля» во время грозы Файл: Lightning Trumbull County Ohio.ogv Воспроизвести медиа Высокоскоростное замедленное видео с молнией, снятое со скоростью 6200 кадров в секунду Молния облако-земля в Маракайбо, Венесуэла Молния в Окаменелости Лесной парк, США

Молния - это естественный электростатический разряд, во время которого две электрически заряженные области в атмосфере или на земле временно уравновешивают себя, вызывая мгновенное высвобождение до одного гигаджоуля из энергии. Этот разряд может соответствовать диапазону электромагнитного излучения, от очень горячей плазмы, созданной быстрым движением электронов до ярких вспышек видимого света в виде излучения черного тела. Молния вызывает гром, звук от ударной волны, который возникает, когда возникают газы в непосредственной близости от разряда испытывают внезапное повышение давления. Молния обычно возникает во время и других типов энергетических погодных систем, но вулканические молнии также могут возникнуть во время извержений вулканов.

Три основных типа молний различаются по месту их возникновения: либо внутри грозового облака, либо между двумя облаками, либо между облаком и землей. Известны многие другие варианты наблюдений, в том числе «тепловая молния », которую можно увидеть с большого расстояния, но не услышать; сухая молния, которая может вызвать лесные пожары ; и шаровая молния, которая редко наблюдается с научной точки зрения.

Люди обожествляли молнию на протяжении тысячелетий. Идиоматические выражения, производные от молнии, такие как английское выражение «гром среди ясного неба», распространены во всех языках.

Содержание

  • 1 Электрификация
  • 2 Общие соображения
  • 3 Распределение и частота
  • 4 Необходимые условия
    • 4.1 Генерация электрического поля
  • 5 Вспышки и удары
    • 5.1 Лидеры молний
    • 5.2 Восходящие стримеры
    • 5.3 Насадка
    • 5.4 Разряд
      • 5.4.1 Обратный ход
      • 5.4.2 Повторный удар
      • 5.4.3 Переходные токи во время вспышки
  • 6 типов
    • 6.1 От облака до земли (CG)
      • 6.1.1 Положительная и отрицательная молния
    • 6.2 От облака к облаку (CC) и внутри облака (IC)
    • 6.3 Варианты наблюдений
  • 7 Эффекты
    • 7.1 Удар молнии
    • 7.2 Гром
    • 7.3 Высокоэнергетическое излучение
    • 7.4 Качество воздуха
  • 8 Вулканический
  • 9 Огненные молнии
  • 10 Внеземные
  • 11 Явления, связанные с человеком
  • 12 Научное исследование
    • 12.1 Свойства
    • 12.2 Обнаружение и мониторинг
    • 12.3 Искусственный запуск
    • 12.4 Физические проявления
      • 12.4.1 Магнетизм
    • 12.5 Солнечный ветер и космические лучи
  • 13 В культуре и религии
  • 14 См. Также
  • 15 Ссылки
    • 15.1 Note s
    • 15.2 Библиография
  • 16 Дополнительная литература
  • 17 Внешние ссылки

Электрификация

(Рисунок 1) Основная зона зарядки во время грозы возникает в центральной части шторма, где воздух движется вверх быстро (восходящий поток), температура колеблется от -15 до -25 ° C (от 5 до -13 ° F).

Детали процесса зарядки еще изучаются учеными, но есть использование по некоторым операциям грозовой электрификации. Основная зона зарядки во время грозы происходит в центральной части шторма, где воздух быстро движется вверх (восходящий поток), температура колеблется от -15 до -25 ° C (от 5 до -13 ° F); см. рис. 1. В этой области сочетания температуры и быстрого восходящего движения воздуха дает смесь из переохлажденных облачных капель (маленькие капли воды ниже точки замерзания), мелкие кристаллов льда и крупы (мягкий град).. Восходящий поток несет вверх переохлажденные облачные капли и очень маленькие кристаллы льда. В то же время крупа, которая значительно больше и плотнее, тенденцию падать или зависать в поднимающемся воздухе.

(Рисунок 2) Когда поднимающиеся кристаллы льда сталкиваются с крупой, кристаллы льда становятся положительно заряженными, и крупа становится отрицательно заряженным.

Различия в движении вызывают столкновения. Когда поднимаются кристаллы льда, сталкиваются с кристаллы льда приобретают положительный заряд, а крупа - отрицательно; см. рис. 2. Восходящий поток несет положительно заряженные кристаллы льда вверх к вершине грозового облака. Более крупная и плотная крупа либо висит в середине грозового облака, либо падает в нижнюю часть грозового облака.

Верхняя часть грозового облака становится положительно заряженной, средняя и нижняя часть грозового облака становится отрицательно заряженными.

В результате верхняя часть грозового облака становится положительно заряженной, а средняя и нижняя части грозового облака становятся отрицательно заряженными.

Движение вверх внутри шторма и ветры на более высоких уровнях в атмосфере, как правило, приводит к тому, что маленькие кристаллы льда (и положительный заряд) в части верхней грозового облака распространяются горизонтально на некотором расстоянии от основания грозового облака. Эта часть грозового облака называется наковальней. Хотя это основной процесс зарядки грозового облака, некоторые из этих зарядов могут перераспределяться за счет движения воздуха внутри шторма (восходящие и нисходящие потоки). Кроме того, в нижней части грозового облака наблюдается небольшое, но важное накопление положительного заряда из-за осадков и более высоких температур.

Общие соображения

Файл: LightningCNP.ogv Воспроизвести мультимедиа Четырехсекундное видео молнии strike, Island in the Sky, Национальный парк Каньонлендс, Юта, США.

Типичная вспышка молнии между облаками и землей достигает высшей точки в образовании электропроводящей Плазменный канал проходит через воздух высотой более 5 км (3,1 мили) изнутри облака к поверхности земли. Собственно разгрузка - это заключительный этап очень сложного процесса. На пике типичная гроза производит три или более ударов по Земле в минуту. Молния в основном, когда теплый воздух смешивается с более холодными воздушными массами. Однако это также может происходить во время пыльных бурь, лесных пожаров, торнадо, извержений вулканов и даже в холодную зиму, где молния известна как грозовой снег. Ураганы обычно генерируют некоторые молнии, в основном в дождевых полосах на расстоянии до 160 км (99 миль) от центра.

наука о молниях называется фульминологией, а боязнь молнии - астрафобией.

Распространение и частота

Карта мира, показывающая частоту ударов молний, ​​в вспышках на км² в год (проекция равной площади), от объединили данные 1995–2003 гг. с оптического детектора переходных процессов и данных 1998–2003 гг. с датчика изображения молний.

.

.

. Молния не распределяется равномерно вокруг Земли, как показано на карте.

На частоте молний составляет примерно 44 (± 5) раз в секунду, или почти 1,4 миллиарда вспышек в год, средняя продолжительность составляет 0,2 секунды, составленная из множества более короткие короткие удары (удары) примерно от 60 до 70 микросекунд.

Многие факторы влияют на частоту, вспышку, силу и физические свойства типичной молнии в определенном регионе мира. Эти факторы включают высоту земли, широту, преобладающие ветровые течения, относительную влажность и близость к теплым и холодным водоемам. В соответствии со степенью пропорции молний внутри облаков, облаков и облаков на земле могут также меняться в зависимости от в средних широтах.

люди являются земными и большая часть их владений находится на Земле, где молния может повредить или уничтожить их, молния CG является наиболее изученной и наиболее изученной из трех типов, хотя IC и CC являются более распространенными типами молний. Относительная непредсказуемость Молния ограничивает полное объяснение того, как и почему это происходит, даже после сотен лет научных исследований. Около 70% молний происходит над сушей в тропиках, где атмосферная конвекция является наибольшей.

Это происходит как из-за смесей более теплых и холодных воздушных масс, так и из-за различных в их влаги, и обычно это происходит на границах между ними. Поток теплых океанских течений мимо более сухих массивов суши, таких как Гольфстрим, частично объясняет повышенную частоту молний на юго-востоке США. Меры по изменению мира водоемов отсутствует топографическая вариация, которая могла бы привести к атмосферному мирному изображению, молнии над мировым океаном заметно реже, чем над сушей. Северный и Южный полюса ограничены в их охвате грозами и, следовательно, приводят к областям с наименьшим первым молний.

Как правило, облако-земля (CG) молнии составляет только 25% от всех вспышек молний в мире. Диагностическое сообщение "МОЗГОВАЯ" Эта область обычно находится на высоте, где замерзание происходит внутри облака. Замерзание в сочетании со столкновением льда с водой, по-видимому, является частью начального процесса образования и разделения. Во время столкновения с ветром кристаллы льда имеет тенденцию к развитию положительного заряда, в то время как более высокая вязкая смесь льда и воды (называемая graupel ) развивает отрицательный заряд. Восходящие потоки внутри грозового облака отделяют более легкие кристаллы льда от более тяжелой крупы, создавая верхнюю часть облака накапливать положительный пространственный заряд, в то время как нижний уровень накапливает отрицательный пространственный заряд.

Молния в Бельфор, Франция

вертикально ориентированный заряд в облаке должен использовать изоляционные свойства воздуха, и он пропорционально расстояниям между облаком и землей, доля CG количества ударов (по сравнению с разрядами из облаков в облаках в) облако (CC) или из облака (IC) становится больше, когда облако приближается к земле. В тропиках, где уровень замерзания, как правило, выше в атмосфере, только 10% вспышек молний являются компьютерными. На широте Норвегии (около 60 ° северной широты), где точка замерзания ниже, 50% молний приходится на CG.

Молния обычно производится кучево-дождевыми облаками, у которых есть основания. которые обычно находятся на высоте 1-2 км (0,62–1,24 мили) над землей и достигают высоты 15 км (9,3 мили).

Место на Земле, где чаще всего случаются молнии, недалеко от небольшой деревни Кифука в горах на востоке Демократической Республики Конго, где Высота составляет около 975 м (3200 футов). В среднем этот регион получает 158 ударов молнии на квадратный километр в год (410 / кв. Миль / год). Озеро Маракайбо в Венесуэле в среднем 297 дней в году с грозовой активностью, эффект опознается как Молния Кататумбо. Другие горячие точки: Сингапур и Аллея молний в Флориде.

Необходимые условия

Звук грозы

Для электростатического разряда, необходимы два предварительных условия: во-вторых, должна существовать достаточно высокая разность потенциалов между двумя областями пространства, и во-вторых, средним сопротивлением препятствием, беспрепятственным выравниванием противоположных обвинений. Атмосфера электрическую изоляцию или барьер, который обеспечивает свободное выравнивание между заряженными противоположной полярности.

Хорошо известно, что во время грозы происходит разделение зарядов и агрегация в определенных областях облака; однако точные процессы, с помощью которых это происходит, полностью не изучены.

Генерация электрического поля

молнии от самолета, летящего над системой.

Когда грозовое облако движется над поверхностью Земли электрический заряд, но противоположной полярности, индуцируется на поверхности Земли под облаком. Это известно как плата за изображение . Индуцированный положительный поверхностный заряд, измеренный относительно фиксированной точки, будет небольшим по мере приближения грозового облака, увеличиваясь по мере приближения к центру шторма и уменьшаясь по мере приближения грозового облака. Исходное значение индуцированного поверхностного заряда можно грубо представить в виде кривой колокола.

Противоположно заряженные области электрическое в воздухе между ними. Это электрическое поле рассматривается в зависимости от силы поверхностного заряда на основании грозового облака - чем больше накопленный заряд, тем выше электрическое поле.

Вспышки и удары

Некоторые выдающиеся сооружения часто привлекают частые удары молнии. Си-Эн Тауэр в Торонто каждое лето ударяет много раз.

Наиболее изученная и понятная форма молнии - от облака к земле (CG). Хотя чаще всего вспышки внутри облаков (IC) и из облаков в облаке (CC) очень трудно изучать, поскольку внутри облаков нет «физических» точек для мониторинга. Кроме того, учитывая очень низкую вероятность, многократно и постоянно, вероятность затруднено в области с высокой компьютерной графикой.

Удар молнии от облака к земле в пустыне Мохаве, Калифорния Вспышка внутри облака. Вспышка молнии в облаке освещает все облако.

Лидеры молний

Нисходящий лидер движется к земле, разветвляясь по мере своего движения. Удар молнии, вызванный соединением двух лидеров, положительный цвет показан синим и отрицательным в красном

В процессе, который не совсем понятен, двунаправленный канал ионизированного воздуха, называемый «лидер », Противоположно заряженными областями в грозовой туче. Лидеры представляют собой электрические проводящие каналы ионизированного газа, которые проходят через область или иным образом притягиваются к ним с зарядом, противоположным заряду кончика лидера. Отрицательный конец двунаправленного лидера заполняет область положительного заряда, также называемую колодцем, внутри облака, а положительный конец хорошо заполняет отрицательный заряд. Лидеры часто разделяются, образуя ветви в виде дерева. Кроме того, отрицательные и некоторые положительные лидеры путешествуют прерывисто, в процессе, называемом «шаганием». Результирующее рывковое движение лидеров можно легко вести на замедленной съемке вспышек молний.

Один конец лидера может полностью заполнить противоположно заряженный колодец, в то время как другой конец все еще активен. Когда это происходит, ведущий конец, заполнивший колодец, может распространиться за пределы грозовой тучи и привести к вспышке облака в воздух, либо к вспышке облака в землю. При типичной вспышке «облако-земля» двунаправленный запускаемый между областями основногоотрицательного заряда и низким положительным зарядом в грозовом облаке. Область более слабого положительного заряда быстро заполняется лидером, который распространяется к индуктивно заряженной земле.

Положительно и отрицательно заряженные лидеры движутся в противоположных направлениях: положительно вверх в облаке и отрицательно к Земле. Оба ионных канала проходят в своих направлениях в виде последовательных всплесков. Каждый лидер «объединяет» ионы в верхние концы, выбрасывая одного или нескольких новых лидеров, на мгновение снова объединяет их, чтобы сконцентрировать заряженные ионы, а затем отстреливает лидера. Отрицательный лидер продолжает распространяться и расщепляться по мере того, как он направляется вниз, часто ускоряясь по мере приближения к поверхности Земли.

Около 90% протяженности ионных каналов между «бассейнами» составляют 45 м (148 футов) в длину. Установление ионного занимает сравнительно много времени миллисекунд ) по сравнению с результирующим разрядом, которое происходит в течение нескольких десятков микросекунд. электрический ток, необходимый для канала, измеряемый в десятках или сотнях ампер, затмевается последующими токами во время фактического разряда.

Инициирование лидеров молний изучено. Напряжение электрического поля внутри грозового облака обычно недостаточно велика, чтобы инициировать процесс сам по себе. Было предложено много гипотез. Одна теория постулирует, что потоки релятивистских электронов блокируют космическими лучами и ускоряются до более высоких скоростей посредством процесса, называемого пробой на убегающих электронах. Когда эти релятивистские электроны сталкиваются и ионизируют нейтральные молекулы воздуха, они запускают формирование лидера. Другая теория предполагает образование локально усиленных электрических полей около вытянутых капель воды или кристаллов льда. Теория перколяции, особенно для случая смещенной перколяции, описывает явления случайной связи, которые приводят к эволюции связанных структур, аналогичных той, которая существует в удары молнии.

Восходящие стримеры

Когда ступенчатый лидер приближается к земле, наличие противоположных зарядов на земле увеличивает напряженность электрического поля. Электрическое поле наиболее сильно на заземленных объектах, вершины которых находятся ближе всего к основанию грозовой тучи, таких как деревья и высокие здания. Если электрическое поле достаточно велико, из этих точек может развиваться положительно заряженный ионный канал, называемый положительным или направленным вверх стримером. Впервые это предположил Хайнц Касемир.

По мере приближения отрицательно заряженных лидеров, увеличивая локализованную напряженность электрического поля, заземленные объекты, уже испытывающие коронный разряд , превышают пороговое значение и образуют восходящие стримеры.

Присоединение

Как только нисходящий лидер соединяется с доступным восходящим лидером, процесс называется присоединением, формируется путь с низким сопротивлением и может произойти разряд. Были сделаны фотографии, на которых отчетливо видны неприсоединенные стримеры. Непривязанные нисходящие лидеры также видны в разветвленных молниях, ни одна из которых не связана с землей, хотя может показаться, что они есть. Высокоскоростное видео может показать, как идет процесс присоединения.

Разряд

Обратный ход

Высокоскоростная фотография, показывающая различные части молнии во время процесса разряда, как показано на Тулуза, Франция.

Как только проводящий канал перекрывает воздушный зазор между избыточным отрицательным зарядом в облаке и избыточным положительным поверхностным зарядом внизу, возникает большое падение сопротивления в канале молнии. Электроны быстро ускоряются в результате образования зоны, начинающейся в точке присоединения, которая распространяется по всей лидерной сети со скоростью до одной трети скорости света. Это «обратный ход», и это самая светящаяся и заметная часть разряда молнии.

Большой электрический заряд течет по плазменному каналу от облака к земле, нейтрализуя положительный заряд земли, когда электроны уходят от точки удара в окружающую область. Этот огромный скачок тока создает большие радиальные разности напряжений вдоль поверхности земли. Названные ступенчатыми потенциалами, они несут ответственность за большее количество травм и смертей среди групп людей или других животных, чем сам удар. Электричество использует все возможные пути. Такие ступенчатые потенциалы часто протекают через одну ногу и выходят из другой, поражая несчастного человека или животное, стоящее рядом с точкой удара молнии.

Электрический ток обратного хода в среднем составляет 30 килоампер для типичной вспышки отрицательной CG, часто называемой молнией «отрицательной CG». В некоторых случаях вспышка молнии земля-облако (GC) можетпроходят молнии пауков. Последнее обычно происходит в холодное время года и может быть доминирующим типом молний в грозовых снегопадах.

  • Молния при ясном небе вызывает молнию, возникает при отсутствии видимого облака, достаточно близкого, чтобы вызвать его. В Скалистых горах США и Канады гроза может происходить в соседней долине, и ее нельзя наблюдать из той долины, куда ударяет молния, ни визуально, ни на слух. Аналогичные события происходят в горных районах Европы и Азии. Также в таких областях, как звуки, большие озера или открытые равнины, когда штормовая ячейка находится на ближнем горизонте (в пределах 26 км или 16 миль), может происходить некоторая удаленная активность, может произойти удар и, поскольку шторм так далеко, что удар называется громом ясного неба . Эти вспышки обычно начинаются как обычные вспышки молнии IC до того, как отрицательный лидер выйдет из облака и ударится на значительном расстоянии. Положительные удары при ясном небе могут происходить в условиях сильного сдвига, когда верхняя область положительного заряда смещается по горизонтали от области осаждения.

Эффекты

Удар молнии

Объекты, пораженные молнией, ощущают тепло и тепло. магнитные силы большой величины. Тепло, создаваемое токами молнии, проходящими через дерево, может испарять его сок, вызывая паровой взрыв, который разрывает ствол. Когда молния проходит через песчаный грунт, почва, окружающая плазменный канал , может таять, образуя трубчатые структуры, называемые фульгуритами. 90 процентов людей, пораженных молнией, выживают, пораженные молнией, могут получить тяжелые травмы из-за повреждений внутренних органов и нервной системы. Здания или высокие сооружения, пораженные молнией, могут быть повреждены, поскольку молния ищет непреднамеренные пути к земле. При безопасном нанесении удара молнии на землю система молниезащиты, обычно включающая по крайней мере молниеотвод , может снизить вероятность серьезного материального ущерба. Молния также играет важную роль в азотном цикле, управляя двухатомным азотом в воздухе до нитратов, которые осаждаются дождем и ростов растений и других организмов. Из-за металлических фюзеляжей самолет очень чувствителен к ударам молнии, хотя он не причиняет большого вредау или его пассажирам, за исключением небольшого отверстия в крыльях. Благодаря проводящим свойствам алюминиевого сплава фюзеляж действует как клетка Фарадея.

Гром

, поскольку электростатический разряд земной молнии перегревает воздух до температур плазмы вдоль длины разрядного канала за короткое время, кинетическая теория диктует, что газообразные молекулы возбуждают быстрому увеличение давления и таким образом, создавая ударнуюу, слышимую как гром. Временные звуковые волны распространяются, вызывая эффект качения или грохота. Восприятие звуковых параметров осложняется такими факторами, как нерегулярная и, возможно, разветвленная геометрия канала молнии, акустическим эхом от местности и, как правило, характеристикой нескольких ударов молнии.

Свет распространяется со скоростью около 300000000 м / с (980000000 футов / с), а звук распространяется по воздуху со скоростью около 343 м / с (1130 футов / с). Наблюдатель может определить определение до удара, который производит интервал между видимой молнией и слышимым громом, который она производит. Вспышка молнии, предшествующая грому на одну секунду, будет находиться на расстоянии примерно 343 м (1125 футов); задержка в три секунды означает примерно 1 км или 0,62 мили (3 × 343 м). Вспышка, предшествующая грому на пять секунд, будет означать расстояние примерно 1,7 км или 1,1 мили (5 × 343 м). Следовательно, молнии, наблюдаемый на очень близком расстоянии, будет внезапным раскатом грома без заметного промежутка времени, с запахом озона (O3).

Молния на достаточном расстоянии видна и не слышна; Есть данные, что грозу можно увидеть на расстоянии более 160 км (100 миль), тогда как гром распространяется примерно на 32 км (20 миль). Как ни странно, есть много примеров, когда люди говорили, что «шторм был прямо над головой или кругом, а грома не было». Горящие облака достигают высоты 20 км, молния, высокая высоко в облаке, может вызвать близкой, но на самом деле находится слишком далеко, чтобы вызвать заметный гром.

Высокоэнергетическое излучение

Производство рентгеновских лучей ударом молнии было теоретически предсказано еще в 1925 году, но никаких доказательств не было найдено до 2001/2002, когда исследователи из Горно-технологического института Нью-Мексико представьте рентгеновское излучение отведенного удара молнии по заземленному проводу, тянущемуся за ракетой, выпущенной в грозовое облако. В том же году исследователи Университета Флориды и Технологический институт Флориды использовали массив детекторов электрического поля и рентгеновского излучения в исследовательском центре молний в Северной Флориде, чтобы подтвердить, что естественная молния вызывает рентгеновское излучение. лучи в большом количестве приножении ступенчатых лидеров. Причина рентгеновского излучения все еще остается предметом исследования, как наблюдаемые рентгеновские лучи.

Ряд наблюдений с помощью космических телескопов выявил даже гамма-излучение более высокой энергии, так называемые земные гамма-вспышки (TGFs). Эти наблюдения бросают вызов нынешним теориям молний, ​​особенно с недавним открытием явных сигнатур антивещества, разрастающегося в молниях. Недавние исследования показали, что вторичные частицы, производимые этими TGF, такие как электроны, позитроны, нейтроны или протоны, могут приобретать энергию нескольких десятков МэВ.

Качество воздуха

Очень высокие температуры, вызываемые молнией, вызывают к значительному локальному увеличению озона и оксидов азота. Каждая вспышка молнии в регионах с умеренным и субтропическим климатом производит в среднем 7 кг NOx. В тропосфере воздействие молнии может увеличить NOx на 90%, а озон - на 30%.

Вулканический

Выброс вулканического материала высоко в атмосфере может вызвать молнию.

Вулканический рабочий материал создает условия для молнии условий использования. Огромное количество пылевидного материала и газов, выбрасываемых в атмосферу, создает плотный шлейф частиц. Плотность пепла и постоянное движение внутри вулканического шлейфа включает заряд за счет фрик мощных мощий (трибоэлектризация), что приводит к очень быстрым и очень частым вспышкам, когда облако пытается нейтрализовать себя. Из-за большого количества твердого материала (пепла), в отличие от зон, генерирующих заряды в обычном грозовом облаке, это часто называют грязной грозой.

  • . Еще в прошлом в вулканическом шлейфе наблюдались мощные и частые вспышки. как извержение в 79 г. н.э. Везувия Плиния Младшего.
  • . Точно так же пары и пепел, исходящие из жерл на склонах вулкана, могут вызывать более локальные и более мелкие вспышки на высоте более 2,9 км.
  • Небольшие кратковременные искры, недавно зарегистрированные около недавно выдавленной магмы, свидетельствуют о том, что материал сильно заряжен еще до того, как попал в атмосферу.

Огненные молнии

Интенсивные лесные пожары, подобные тем, что наблюдались в сезоне лесных пожаров в Австралии в 2019–2020 годах, могут создать свои собственные погодные системы, которые могут вызывать молнии и другие погодные явления. Сильный жар от огня заставляет воздух быстро подниматься в дымовом шлейфе, вызывая образование пирокумуло-дождевых облаков. Более холодный воздух втягивается этим турбулентным поднимающимся воздухом, помогая охладить шлейф. Поднимающийся шлейф широко охлаждается за счет более атмосферного давления на большой высоте, позволяя влаге в конденсироваться в облако. Пирокумуло-дождевые облака образуются в нестабильной атмосфере. Эти погодные системы могут вызывать сухие молнии, огненные смерчи, сильные ветры и грязный град.

Внеземные

Молния наблюдалась в атмосфере другие планеты, такие как Юпитер и Сатурн. Хотя суперболты на Земле в меньшинстве, на Юпитере они, по-видимому, обычны.

Молния на Венере была спорный вопрос после десятилетий исследования. Во время советских миссий Венера и США Пионер в 1970-х и 1980-х годах были обнаружены сигналы, указывающие на присутствие молний в верхних слоях атмосферы. Хотя пролет миссии Кассини-Гюйгенс над Венерой в 1999 г. не обнаружил никаких признаков молнии, окно наблюдения длилось всего несколько часов. Радиоимпульсы, зарегистрированные космическим аппаратом Venus Express (который начал вращаться вокруг Венеры в апреле 2006 года), могут возникнуть от молнии на Венере.

Связанные с человеком явления

  • Инверсионные следы от самолетов также в небольшой степени влияние на молнии. Плотное движение с более низким сопротивлением через атмосферу.
  • Выхлопные шлейфы ракетлета обеспечили путь для молнии, когда она была свидетелем удара по ракете «Аполлон-12» вскоре после вз.
  • Термоядерные взрывы, обеспечивающие дополнительный материал для электропроводности и очень турбулентную локализованную атмосферу, были замечены, вызывая вспышки молний внутри грибовидное облако. Кроме того, сильное гамма-излучение от крупных ядерных взрывов может образовывать сильно заряженные области в окружающем воздухе комптоновского рассеяния. Сильно заряженные области пространственного изображения множественные разряды молнии в ясном небе после взрыва устройства.

Научное исследование

Свойства

Гром слышен как раскатистый, постепенно рассеивающийся гул, потому чтозвук

Когда локальное электрическое поле больше электрическую прочность влажного воздух (около 3 мегавольт на метр), электрический разряд приводит к ударным часто, сопровождаемым соразмерными разрядами, расходящимися от того же пути. Механизмы, которые вызывают накопление зарядов до молнии, все еще являются предметом научных исследований. Вовлечено новое исследование, подтверждающее пробой диэлектрика. Райсон 2016. Молния может быть вызвана циркуляцией теплого влажного воздуха через электрические поля. Затем частицы льда или воды накапливают заряд, как в генераторе де Граафа.

Исследователи из Университета Флориды представляют, что окончательные одномерные скорости 10 наблюдаемых вспышек составляли от 1,0 × 10 до 1,4 × 10 м / с., со средним размером 4,4 × 10 м / с.

Обнаружение и мониторинг

Счетчик ударов молний в музее

Первым детектором, изобретенным для предупреждения о приближении грозы, был колокол молнии. Бенджамин Франклин установил одно такое устройство в своем доме. Детектор был основан на электростатическом устройстве под названием «электрические колокольчики», изобретенном Эндрю Гордоном в 1742 году.

Молниевые разряды генерируют широкий спектр электромагнитных излучений, включая радиочастотные импульсы. Время, в которое импульс от данного разряда молнии достигает нескольких приемников, можно использовать для определения местоположения источника разряда с точностью порядка нескольких метров. Федеральное правительство США построило общенациональную сеть таких детекторов молний, ​​что позволяет отслеживать разряды молний в реальном времени на всей территории США. Кроме того, имеется частная глобальная система обнаружения, которая состоит из более чем 500 станций обнаружения, принадлежащих и управляемых любителями / волонтерами. предоставляет карты молний в режиме, близком к реальному времени, на blitzortung.org

волновод Земля-ионосфера улавливает электромагнитные VLF - и ELF волны. Электромагнитные импульсы, передаваемые ударами молнии, распространяются в этом волноводе. Волновод является дисперсионным, что означает, что их групповая скорость зависит от частоты. Разница групповой задержки импульса молнии на соседних частотах пропорциональна расстоянию между передатчиком и приемником. Вместе с методами пеленгации это позволяет обнаруживать удары молнии на расстоянии до 10 000 км от их источника. Кроме того, собственные частоты земно-ионосферного волновода, резонансы Шумана на частоте около 7,5 Гц, используются для определения глобальной грозовой активности.

В дополнение к наземному обнаружению молний, ​​несколько Инструменты на борту спутников были сконструированы для наблюдения за распределением молний. К ним относятся оптический детектор переходных процессов (OTD) на борту спутника OrbView-1, запущенного 3 апреля 1995 г., и последующий датчик изображения молнии (LIS) на борту TRMM, запущенный 28 ноября 1997 г.

Начиная с 2016 года Национальное управление океанических и атмосферных исследований запустило метеорологические спутники серии R (GOES-R), оснащенные геостационарными приборами Geostationary Lightning Mapper (GLM), которые являются оптическими детекторами переходных процессов ближнего инфракрасного диапазона, которые могут обнаруживать мгновенные изменения в оптической сцене, указывающие на присутствие молнии. Данные обнаружения освещения могут быть преобразованы в карту грозовой активности в Западном полушарии в реальном времени; эта методика картирования была реализована в США Национальной метеорологической службой.

Искусственно вызванная

  • молния может быть «вызвана» запуском специально разработанных ракет ведомых катушек с провод в грозу. Провод разматывается по мере взлета ракеты, создавая возвышенность, которая может привлечь спускающихся лидеров. Если присоединяется лидер, провод обеспечивает путь с низким сопротивлением для возникновения молнии. Провод испаряется обратным током, создавая на его месте прямой плазменный канал молнии. Этот метод позволяет проводить научные исследования молний более контролируемым и предсказуемым образом.
    Международный центр исследований и испытаний молний (ICLRT) в Кэмп-Блэндинг, Флорида, обычно использует в своих исследованиях молнии, запускаемые ракетами.
  • Срабатывает с помощью лазера
    С 1970-х годов исследователи пытались вызвать удары молнии с помощью инфракрасных или ультрафиолетовых лазеров, которые создают канал ионизированного газа, через который молния будет проводиться на землю. Такое срабатывание молнии предназначено для защиты стартовых площадок ракет, объектов электроэнергетики и других чувствительных целей.
    В Нью-Мексико, США, ученые испытали новый лазер мощностью тераватт, который вызывал молнию. Ученые выпустили сверхбыстрые импульсы из чрезвычайно мощного лазера, посылая несколько тераватт в облака, чтобы вызвать электрические разряды в грозовых облаках над регионом. Лазерные лучи, посылаемые лазером, создают каналы для ионизированных молекул, известные как «нити ». Прежде чем молния ударит в землю, нити проводят электричество через облака, играя роль громоотводов. Исследователи создали нити, срок жизни которых был слишком коротким, чтобы вызвать настоящий удар молнии. Тем не менее, рост электрической активности в облаках был зарегистрирован. По словам французских и немецких ученых, проводивших эксперимент, быстрые импульсы, посылаемые лазером, могут вызывать удары молнии по требованию. Статистический анализ показал, что их лазерные импульсы действительно усиливали электрическую активность в грозовом облаке, на которое оно было направлено - по сути, они генерировали небольшие локальные разряды, расположенные в местах плазменных каналов.

Физические проявления

Остаточные элементы, вызванные молнией намагничивание (LIRM), нанесенное на карту во время исследования градиента магнитного поля на археологическом участке, расположенном в Вайоминге, США.

Магнетизм

Движение электрических зарядов создает магнитное поле (см. электромагнетизм ). Сильные токи разряда молнии создают мимолетное, но очень сильное магнитное поле. Там, где путь тока молнии проходит через скалу, почву или металл, эти материалы могут стать постоянно намагниченными. Этот эффект известен как индуцированный молнией остаточный магнетизм, или LIRM. Эти течения следуют по пути с наименьшим сопротивлением, часто горизонтально у поверхности, но иногда и вертикально, где разломы, рудные тела или грунтовые воды предлагают путь с меньшим сопротивлением. Одна теория предполагает, что магнитные камни, природные магниты, встречающиеся в древние времена, были созданы таким образом.

Магнитные аномалии, вызванные молнией, могут быть нанесены на карту в земле, и анализ намагниченных материалов может подтвердить молния была источником намагничивания и дает оценку пикового тока разряда молнии.

Исследования в Университете Инсбрука показали, что магнитные поля, генерируемые плазмой, могут вызывать галлюцинации у людей. объекты, находящиеся в пределах 200 м (660 футов) от сильной грозы.

Солнечный ветер и космические лучи

Некоторые высокоэнергетические космические лучи, производимые сверхновыми звездами, а также солнечные частицы из солнечного ветра, войти в атмосферу и наэлектризовать воздух, что может создать пути для молний.

В культуре и религии

Молния Микалоюс Константинас Чюрленис (1909)

Во многих культурах, молния рассматривалась как часть божества или божества внутри и сама lf. К ним относятся греческий бог Зевс, ацтекский бог Тлалок, майя бог К. 289>, Славянская мифология, Перун, Балтийский Перконс / Перкунас, Тор в скандинавской мифологии, Укко в финской мифологии, индуистский бог Индра и Синтоистский бог Райджин. В традиционной религии африканских племен банту молния является знаком гнева богов. Стихи в еврейской религии и в исламе также приписывают сверхъестественное значение молнии. В христианстве Второе пришествие из Иисуса сравнивается с молнией.

Выражение «молния никогда не ударяет дважды (в одно и то же место). "возможность никогда не ударит дважды" в духе возможности "один раз в жизни", то есть чего-то, что обычно считается невероятным. Молния случается часто, особенно в определенных областях. Поскольку различные факторы изменяют вероятность ударов в любом заданном месте, повторные удары молнии имеют очень низкую вероятность (но не невозможны). Точно так же «гром среди ясного неба» относится к чему-то совершенно неожиданному, а «человек, пораженный молнией» - это образная или комедийная метафора для кого-то, кто однажды в жизни пережил поразительное, внезапное, молниеносное откровение, подобное прозрение или просвещение.

Некоторые политические партии используют молнии как символ власти, например, Партия народного действия в Сингапуре, Британский союз фашистов в 1930-е годы и Партия прав национальных штатов в США в 1950-х годах. Schutzstaffel, военизированное крыло нацистской партии, использовали руну Sig в своем логотипе, который символизирует молнию. Немецкое слово Blitzkrieg, что означает «молниеносная война», было основной наступательной стратегией немецкой армии во время Второй мировой войны.

На французском и итальянском языках выражение «Любовь с первого взгляда» - это coup de foudre и colpo di fulmine соответственно, что в буквальном переводе означает «удар молнии». В некоторыхевропейских языках есть отдельное слово для обозначения молнии, ударяющей в землю (в отличие от молнии в целом); часто это родственное английскому слову «лучи». Название самой известной породистой лошади Австралии, Фар Лап, происходит от общего Zhuang и тайского слова, обозначающего молнию.

Молния в геральдике называется молния и изображается в виде зигзага с неострёнными концами. Этот символ обычно обозначает мощность и скорость.

Молния используется для обозначения мгновенных коммуникационных возможностей электрических телеграфов и радиоприемников. Это был часто используемый мотив в дизайне ар-деко, особенно зигзагообразный дизайн в стиле ар-деко конца 1920-х годов. Молния является обычным знаком для подразделений военной связи по всему миру. Молния также является символом НАТО для сигнального актива.

. Символ молнии в Юникоде - ☇ U + 2607.

См. Также

  • icon Портал окружающей среды
  • icon Портал погоды

Ссылки

Примечания

Библиография

Эта статья включает материалы общественного достояния из документа Национального управления океанических и атмосферных исследований : «Понимание молнии: грозовая электрификация».

Дополнительная литература

Внешние ссылки

Викицитатник содержит цитаты, связанные с: Lightning
Wikimedia Commons содержит медиа, относящиеся к: Lightning (категория )
Найдите lightning в Wiktionary, бесплатном словаре.
Последняя правка сделана 2021-05-27 09:22:40
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте