Международная группа физиков отследила беспрецедентно четкое радиоволновое излучение, продуцируемое молниями. Это позволило им определить, как именно образуются заряженные воздушные карманы, по которым и проходят разряды. С помощью радиотелескопа LOFAR исследователи собрали данные, по которым можно отслеживать наносекундные удары молнии на площади в несколько тысяч квадратных километров.
По словам физика Брайана Хэйра из Университета Гронингена в Нидерландах, эти данные в первую очередь ценны тем, что позволяют ученым заглянуть в первичные процессы формирования молний. Кроме того, использование радиотелескопа позволяет напрямую «заглянуть» в грозовые облака, где конденсируется большая часть заряда.
Несмотря на впечатляющую вспышку и гром, молния — это обычный электрический разряд, вызванный разницей в положительных и отрицательных зарядах. А то, что мы видим как зигзагообразную дугу, является результатом сложного процесса, о тонкостях протекания которого до сих пор было известно не так уж и много. Первый этап — это образование небольшого плазменного кармана, то есть скопления нагретого газа, состоящего из заряженных частиц. Это «грозовое семя» разветвляется в разные стороны с огромной скоростью, и несколько таких карманов могут образовать длинный (до нескольких километров) канал, по которому и распространяется заряд.
Концы этого канала называются «лидерами» и могут быть заряжены как положительно, так и отрицательно. В зависимости от заряда и ряда атмосферных факторов, каждый из них движется по своей, уникальной траектории. Негативные лидеры имеют тенденцию двигаться прерывисто (совершая т.н. «шаги»), при этом всякий раз производя высокочастотный радиосигнал. У позитивных лидеров единой модели движения нет, поэтому они создают собственный хаотический рисунок в радиоволновом спектре.
Эти контрастные сигналы и дают исследователям представление о том, как именно генерируются молнии — начиная с роста плазменного канала и заканчивая световой вспышкой в конце. В прошлом было сделано любопытное наблюдение: оказалось, что положительно заряженные лидеры могут отделиться от своего плазменного канала. Никто не знал, почему это происходит, и лишь огромный комплекс антенн, составляющих LOFAR, предоставил ученым необходимую информацию.
Выяснилось, что все это время физики ошибались в своих суждениях. Если раньше считалось, что заряд движется по плазменным каналам непосредственно из одной части облака в другую, или же в сторону земли, то теперь цифры говорят об обратном. Когда лидеры пребывают в области с достаточной разницей в напряжении, электроны проносятся сквозь плазму и «запекают» воздух до температур, которые превосходят жар на поверхности Солнца. В результате некоторый остаточный заряд «просачивается» сквозь разрывы в главном канале и распространяется вокруг него по тонким побочным канальцам, которые называют «иглы».
Длина такой «иглы» может достигать 100 метров, а ширина — 5 метров, но существуют они так недолго, что некоторые системы попросту не могут их обнаружить. Однако если разница напряжений в облаке вновь вырастет до нужного уровня за достаточно короткое время — разряд пройдет по иглам еще, и еще раз. Этим и объясняется то, почему молнии, генерируемые в одной зоне грозового облака, часто бьют в одно и то же место, порой до нескольких десятков раз.
