Спрайты и джеты научная передача. В поисках "молний наоборот": космическая охота за спрайтами, эльфами и джетами

Описание явления

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 Университета Миннесоты 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 длинной 20 км. По чистой случайности в объектив попало неизвестное науке явление. После этого начали просматривать съемки 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.

«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».

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

По словам Торбена Ньюберта из Национального космического центра Дании одной из главных задач, которые предстоит решить в ходе научной работы, является понимание природы образования вспышек и измерение частоты их появления.

См. также

• Молнии
• Синие струи (молния)

Примечания

Ссылки

• С борта МКС будут изучать красные спрайты, синие струи и эльфы
• A space station view on giant lightning - первоисточник новости. Тут есть иллюстрации и видео.
• Фото и видео ярких спрайтов , 30 марта 2012 года

Правообладатель иллюстрации ESA/NASA Image caption МКС делает уникальные снимки природных явлений

Грозы с молниями - одно из наиболее зрелищных явлений природы. Однако с поверхности Земли мы можем видеть лишь "верхушку айсберга".

В верхних слоях атмосферы происходят невероятные вещи. Именно их должна изучить новая космическая обсерватория.

В понедельник на Международную космическую станцию (МКС) отправилось оборудование для изучения влияния грозовых штормов на земную атмосферу, так называемый монитор исследования атмосферно-космических взаимодействий (ASIM).

• 2 апреля ракета-носитель доставила на МКС беспилотник Dragon с 2,6 тоннами груза на борту, в числе которого - провиант для космонавтов и новая техника.

Небесная лаборатория

Находясь на высоте всего 400 км над Землей, МКС предоставляет отличную возможность увидеть изменения в погодных системах.

Система ASIM должна заработать на борту станции уже в этом месяце.

Media playback is unsupported on your device

В частности, на станции часто наблюдают электрические явления в атмосфере, возникающие во время грозы.

Но когда появляется молния, над облаками происходят совершенно иные процессы.

Так называемые переходные люминесцентные явления (Transient Luminous Events, TLEs) ученые обнаружили в 1989 году, совершенно случайно.

Американский профессор из Университета Миннесоты Джон Рэндольф Уинклер в преддверии запуска ракеты проверял работу телекамеры. Неожиданно ученый заметил, что два кадра запечатлели яркие полоски света, находившиеся над отдаленным от них штормовым облаком.

Это открытие потрясло ученых, в том числе ведущего исследователя команды ASIM Торстена Нойберта, физика из Датского технического университета.

"Это всех нас очень удивило. Как это возможно, что такое существует, а мы об этом до сих пор не знали? Похоже, это явление известно пилотам - есть несколько рассказов очевидцев [подобных процессов - Ред.]", - прокомментировал Нойберт.

Добрую половину века до снимков Уинклера те, кто замечал подобные вспышки (переходные люминесцентные явления (TLE), обычно описывали их как восходящие лучи, или "молнии наоборот" - направленные не вниз, к Земле, а вверх.

Из-за их быстротечной природы и загадочности эти явления назвали "спрайтами" и "эльфами".

• Название "спрайт" произошло от английского sprite, то есть "фея", "эльф". С точки зрения физики, это вид электрических разрядов холодной плазмы, бьющей в мезосфере и термосфере. В русскоязычной литературе их иногда также называют "призраками" и "красными призраками" - Ред.

Однако, несмотря на уменьшительно-ласкательное название, которым прозвали феномен, на самом деле вспышки эти совсем не маленькие: они простираются в атмосфере на десятки километров.

Красные призраки, эльфы и голубые струи

Итак, как же образуются эти явления?

"Они несколько отличаются от молний, - рассказывает Би-би-си физик Торстен Нойберт. - Это пульсация электрического поля, движущаяся вверх. В месте, где атмосфера становится тонкой, в поле может образоваться электрический разряд. В таком случае мы говорим о спрайте".

Спрайты, или красные призраки, возникают через миллисекунды после мощного удара молнии.

Эльфы, в свою очередь, образуются вследствие уже не электрической, а электромагнитной пульсации, вызванной ударом молнии. Мгновенный, подобный ауре, ареол эльфа невозможно заметить невооруженным глазом. Возникая в ионосфере, он длится менее одной миллисекунды.

Но, несмотря на свою неуловимость, природу эльфов удалось на удивление хорошо изучить, считает Мартин Фуллекруг из Университета Бата в Великобритании.

Это наиболее распространённые вспышки TLE, возникающие, по мнению ученых, вдвое чаще, чем спрайты.

Наименее изучены так называемые голубые струи (англ. Blue jets - Ред), или джеты. Это восходящие электрические разряды, начинающиеся у вершин облаков.

"Джеты не слишком хорошо изучены, поскольку они едва заметны. Чаще всего они голубого цвета. Кроме того, они не всегда связаны с молнией. Они появляются неожиданно и очень загадочны", - уточняет Фуллекруг.

Эльфов обычно замечают над теплыми водами океанов, красные призраки (или спрайты) чаще появляются над сушей.

Лучше всего их наблюдать из Северной Америки, Демократической Республики Конго и Южной Африки.

Но их можно видеть и из других мест.

Обычная летняя гроза в Великобритании, как правило, простирается над территорией протяженностью около 10 километров. Красные призраки возникают над мезомасштабными конвективными системами (МКС) - штормовыми облаками, покрывающими в 10 раз большее расстояние.

• Мезомасштабными конвективными систем ами (или комплексами) метеорологи называют большие скопления кучеряво-дождевых облаков с почти круговой формой, возникающие в тропиках и в умеренных широтах. - Ред.

"В Британии время от времени тоже случаются такие грозы, - уточняет доктор Фуллекруг. - Сейчас мы исследуем одну из них, произошедшую в мае прошлого года. Во время нее образовалась прекрасная череда спрайтов" [над графством Корнуолл на юго-западе Англии - Ред.].

Тогда красных призраков удалось запечатлеть наблюдателям метеоритов, камеры которых были настроены таким образом, чтобы можно было видеть след падающих звезд.

Космические охотники за грозами

Главная задача ASIM - изучить физику переходных люминесцентных явлений (TLE) и свойства гроз, которые их порождают.

В составе спецоборудования - две камеры, способные делать 12 фотографий в секунду, рентген и детектор гамма-излучений.

Эта техника позволит международной команде ученых, для многих из которых это исследование является кульминацией десятков лет работы, определить, где именно в облаках возникают красные призраки и голубые стрелы.

Благодаря помощи Европейского космического агентства, миссия ASIM запланирована как минимум на два года.

За это время ученые надеются исследовать по одной вспышке TLE в день, хотя в мире они происходят, по существующим оценкам, ежеминутно.

Для физика Нойберта это время будет невероятно захватывающим.

"Мы ведь толком не знаем, как устроена молния. Она возникает так быстро, и так опасна… Добраться до физических процессов, которые происходят внутри нее, довольно сложно", - говорит ученый.

В тонких верхних слоях атмосферы вспышки TLE шире, и лучше поддаются исследованиям.

При этом сам Нойберт признается: "Для меня это окно, позволяющее заглянуть внутрь молнии".

Было также замечено, что металлизированные (в те годы - в основном, позолоченные) купола реже поражаются молнией.

Большой толчок в изучении молнии дало развитие мореплавания. Во-первых, мореплаватели столкнулись с грозами невиданной на суше силы, во-вторых, обнаружили, что грозы неравномерно распределены по географическим широтам, в-третьих, заметили, что при недалеком ударе молнии стрелка компаса испытывает сильные возмущения, в-четвертых, четко связали появление огней святого эльма и надвигающейся грозы. Кроме того, именно мореплаватели первыми обратили внимание, что перед грозой возникали явления, похожие на те, что возникают при электризации стекла или шерсти от трения.

Развитие физики в XVII - XVIII веках позволило выдвинуть гипотезу о связи молнии и электричества. В частности, такого представления придерживался М.В. Ломоносов . Электрическая природа молнии была раскрыта в исследованиях американского физика Б. Франклина , по идее которого был проведён опыт по извлечению электричества из грозового облака. Широко известен опыт Франклина по выяснению электрической природы молнии. В 1750 году им опубликована работа, в которой описан эксперимент с использованием воздушного змея, запущенного в грозу. Опыт Франклина был описан в работе Джозефа Пристли .

К началу XIX века большинство ученых уже не сомневались в электрической природе молнии (хотя существовали и альтернативные гипотезы, например, химическая) и основными вопросами исследования стали механизм выработки электричества в грозовых облаках и параметры грозового разряда.

Молния 1882 (с) фотограф: Уильям Н. Дженнингс, Си. 1882

В конце XX века при изучении молнии было открыто новое физическое явление - пробой на убегающих электронах.

Для изучения физики молнии применяются методы наблюдения со спутников.

Виды

Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках , тогда они называются грозовыми; иногда молния образуется в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях , торнадо и пылевых бурях.

Обычно наблюдаются линейные молнии, которые относятся к так называемым безэлектродным разрядам , так как они начинаются (и заканчиваются) в скоплениях заряженных частиц. Это определяет их некоторые до сих пор не объяснённые свойства, отличающие молнии от разрядов между электродами. Так, молнии не бывают короче нескольких сотен метров; они возникают в электрических полях значительно более слабых, чем поля при межэлектродных разрядах; сбор зарядов, переносимых молнией, происходит за тысячные доли секунды с миллиардов мелких, хорошо изолированных друг от друга частиц, расположенных в объёме нескольких км³. Наиболее изучен процесс развития молнии в грозовых облаках , при этом молнии могут проходить в самих облаках - внутриоблачные молнии , а могут ударять в землю - молния облако-земля . Для возникновения молнии необходимо, чтобы в относительно малом (но не меньше некоторого критического) объёме облака образовалось электрическое поле (см. атмосферное электричество) с напряжённостью, достаточной для начала электрического разряда (~ 1 МВ/м), а в значительной части облака существовало бы поле со средней напряжённостью, достаточной для поддержания начавшегося разряда (~ 0,1-0,2 МВ/м). В молнии электрическая энергия облака превращается в тепловую, световую и звуковую.

Молнии облако-земля

Процесс развития такой молнии состоит из нескольких стадий. На первой стадии в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация , создаваемая вначале свободными зарядами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с молекулами, составляющими воздух, ионизуют их.

По более современным представлениям, ионизация атмосферы для прохождения разряда происходит под влиянием высокоэнергетического космического излучения - частиц с энергиями 10 12 -10 15 эВ , формирующих широкий атмосферный ливень с понижением пробивного напряжения воздуха на порядок от такового при нормальных условиях .

Запуск молнии происходит от высокоэнергетических частиц, вызывающих пробой на убегающих электронах («спусковым крючком» процесса при этом являются космические лучи) . Таким образом возникают электронные лавины , переходящие в нити электрических разрядов - стримеры , представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью - ступенчатому лидеру молнии .

Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью ~ 50 000 километров в секунду, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков микросекунд, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков метров. Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 200 000 метров в секунду.

По мере продвижения лидера к земле напряжённость поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример , соединяющийся с лидером. Эта особенность молнии используется для создания молниеотвода .

В заключительной стадии по ионизованному лидером каналу следует обратный (снизу вверх), или главный, разряд молнии , характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч ампер, яркостью, заметно превышающей яркость лидера , и большой скоростью продвижения, вначале доходящей до ~ 100 000 километров в секунду, а в конце уменьшающейся до ~ 10 000 километров в секунду. Температура канала при главном разряде может превышать 20000-30000 °C. Длина канала молнии может быть от 1 до 10 км, диаметр - несколько сантиметров. После прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение ослабевают. В финальной стадии ток молнии может длиться сотые и даже десятые доли секунды, достигая сотен и тысяч ампер. Такие молнии называют затяжными, они наиболее часто вызывают пожары. Но земля не является заряженной, поэтому принято считать, что разряд молнии происходит от облака по направлению к земле (сверху вниз).

Главный разряд разряжает нередко только часть облака. Заряды, расположенные на больших высотах, могут дать начало новому (стреловидному) лидеру, движущемуся непрерывно со скоростью в тысячи километров в секунду. Яркость его свечения близка к яркости ступенчатого лидера. Когда стреловидный лидер доходит до поверхности земли, следует второй главный удар, подобный первому. Обычно молния включает несколько повторных разрядов, но их число может доходить и до нескольких десятков. Длительность многократной молнии может превышать 1 секунду. Смещение канала многократной молнии ветром создаёт так называемую ленточную молнию - светящуюся полосу.

Внутриоблачные молнии

Полёт из Калькутты в Мумбаи

Внутриоблачные молнии включают в себя обычно только лидерные стадии; их длина колеблется от 1 до 150 км. Доля внутриоблачных молний растёт по мере смещения к экватору , меняясь от 0,5 в умеренных широтах до 0,9 в экваториальной полосе . Прохождение молнии сопровождается изменениями электрических и магнитных полей и радиоизлучением , так называемыми атмосфериками .

Вероятность поражения молнией наземного объекта растёт по мере увеличения его высоты и с увеличением электропроводности почвы на поверхности или на некоторой глубине (на этих факторах основано действие молниеотвода). Если в облаке существует электрическое поле, достаточное для поддержания разряда, но недостаточное для его возникновения, роль инициатора молнии может выполнить длинный металлический трос или самолёт - особенно, если он сильно электрически заряжен. Таким образом иногда «провоцируются» молнии в слоисто-дождевых и мощных кучевых облаках .

В верхней атмосфере

Молнии и электрические разряды в верхних слоях атмосферы

Вспышки в верхних слоях атмосферы: стратосфере , мезосфере и термосфере , направленные вверх, вниз и горизонтально, очень слабо изучены. Они подразделяются на спрайты, джеты и эльфы . Окраска вспышек и их форма зависит от высоты, на которой они происходят. В отличие от наблюдаемых на Земле молний, эти вспышки имеют яркий цвет, обычно красный или синий, и покрывают большие пространства в верхних слоях атмосферы, а иногда простираются до границы с космосом .

«Эльфы»

Джеты

Джеты представляют собой трубки-конусы синего цвета. Высота джетов может достигать 40-70 км (нижняя граница ионосферы), продолжительность джетов больше, чем у эльфов .

Спрайты

Спрайты трудно различимы, но они появляются почти в любую грозу на высоте от 55 до 130 километров (высота образования «обычных» молний - не более 16 километров). Это некое подобие молнии, бьющей из облака вверх. Впервые это явление было зафиксировано в 1989 году случайно. Сейчас о физической природе спрайтов известно крайне мало .

Частота

Частота молний на квадратный километр в год по данным спутникового наблюдения за 1995-2003 годы

Чаще всего молнии возникают в тропиках .

Местом, где молнии встречаются чаще всего, является деревня Кифука в горах на востоке Демократической Республики Конго . Там в среднем отмечается 158 ударов молний на квадратный километр в год . Также молнии очень часты на Кататумбо в Венесуэле , в Сингапуре , городе Терезина на севере Бразилии и в «Аллее молний» в центральной Флориде .

Взаимодействие с поверхностью земли и расположенными на ней объектами

Глобальная частота ударов молний (шкала показывает число ударов в год на квадратный километр)

Согласно ранним оценкам, частота ударов молний на Земле составляет 100 раз в секунду. По современным данным, полученным с помощью спутников, которые могут обнаруживать молнии в местах, где не ведётся наземное наблюдение, эта частота составляет в среднем 44 ± 5 раз в секунду, что соответствует примерно 1,4 миллиарда молний в год . 75 % этих молний ударяет между облаками или внутри облаков, а 25 % - в землю .

Самые мощные молнии вызывают рождение фульгуритов .

Зачастую молния, попадая в деревья и трансформаторные установки на железной дороге, вызывает их возгорание. Обычный грозовой разряд опасен для телевизионных и радиоантенн, расположенных на крышах высотных зданий, а также для сетевого оборудования.

Ударная волна

Разряд молнии является электрическим взрывом и в некоторых аспектах похож на детонацию взрывчатого вещества. Он вызывает появление ударной волны , опасной в непосредственной близости. Ударная волна от достаточно мощного грозового разряда на расстояниях до нескольких метров может наносить разрушения, ломать деревья, травмировать и контузить людей даже без непосредственного поражения электрическим током. Например, при скорости нарастания тока 30 тысяч ампер за 0,1 миллисекунду и диаметре канала 10 см могут наблюдаться следующие давления ударной волны :

• на расстоянии от центра 5 см (граница светящегося канала молнии) - 0,93 МПа, что сопоставимо с ударной волной, создаваемой тактическим ядерным оружием,
• на расстоянии 0,5 м - 0,025 МПа, что сопоставимо с ударной волной, вызванной взрывом артиллерийской мины и вызывает разрушение непрочных строительных конструкций и травмы человека,
• на расстоянии 5 м - 0,002 МПа (выбивание стёкол и временное оглушение человека).

На бо́льших расстояниях ударная волна вырождается в звуковую волну - гром .

Люди, животные и молния

Молнии - серьёзная угроза для жизни людей и животных. Поражение человека или животного молнией часто происходит на открытых пространствах, так как электрический ток идёт по каналу наименьшего электрического сопротивления, что в общем случае соответствует кратчайшему пути [ ] «грозовое облако - земля».

Поражение обычной линейной молнией внутри здания невозможно. Однако бытует мнение, что так называемая шаровая молния может проникать внутрь здания через щели и открытые окна.

В организме пострадавших отмечаются такие же патологические изменения, как при поражении электрическим током. Жертва теряет сознание , падает, могут отмечаться судороги , часто останавливается дыхание и сердцебиение . На теле обычно можно обнаружить «метки тока» , места входа и выхода электричества. В случае смертельного исхода причиной прекращения основных жизненных функций является внезапная остановка дыхания и сердцебиения от прямого действия молнии на дыхательный и сосудодвигательный центры продолговатого мозга. На коже часто остаются так называемые знаки молнии , древовидные светло-розовые или красные полосы, исчезающие при надавливании пальцами (сохраняются в течение 1-2 суток после смерти). Они - результат расширения капилляров в зоне контакта молнии с телом.

Пострадавший от удара молнией нуждается в госпитализации, так как подвержен риску расстройств электрической активности сердца. До приезда квалифицированного медика ему может быть оказана первая помощь . В случае остановки дыхания показано проведение реанимации , в более лёгких случаях помощь зависит от состояния и симптомов.

По одним данным, каждый год в мире от удара молнии погибают 24 000 человек и около 240 000 получают травмы . По другим оценкам, в год в мире от удара молнии погибает 6000 человек .

Вероятность, что житель США получит удар молнией в текущем году, оценивается как 1 из 960 000, вероятность того, что он когда-либо в жизни (при продолжительности жизни 80 лет) получит удар молнией, составляет 1 из 12 000 .

Молния проходит в стволе дерева по пути наименьшего электрического сопротивления , с выделением большого количества тепла, превращая воду в пар, который раскалывает ствол дерева или чаще отрывает от него участки коры, показывая путь молнии. В следующие сезоны деревья обычно восстанавливают повреждённые ткани и могут закрывать рану целиком, оставив только вертикальный шрам. Если ущерб является слишком серьёзным, ветер и вредители в конечном итоге убивают дерево. Деревья являются естественными громоотводами , и, как известно, обеспечивают защиту от удара молнии для близлежащих зданий. Посаженные возле здания, высокие деревья улавливают молнии, а высокая биомасса корневой системы помогает заземлять разряд молнии.

По этой причине опасно прятаться от дождя под деревьями во время грозы, особенно под высокими или одиночными на открытой местности .

Из деревьев, поражённых молнией, делают музыкальные инструменты, приписывая им уникальные свойства .

Молния и электрооборудование

Разряды молний представляют большую опасность для электрического и электронного оборудования. При прямом попадании молнии в провода в линии возникает перенапряжение , вызывающее разрушение изоляции электрооборудования, а большие токи обуславливают термические повреждения проводников. В связи с этим аварии и пожары на сложном технологическом оборудовании могут возникать не мгновенно, а в период до восьми часов после попадания молнии. Для защиты от грозовых перенапряжений электрические подстанции и распределительные сети оборудуются различными видами защитного оборудования такими как разрядники , нелинейные ограничители перенапряжения, длинноискровые разрядники. Для защиты от прямого попадания молнии используются молниеотводы и грозозащитные тросы . Для электронных устройств представляет опасность также и электромагнитный импульс , создаваемый молнией, который может повреждать оборудование на расстоянии до нескольких километров от места удара молнии. Достаточно уязвимыми к электромагнитному импульсу молнии являются локальные вычислительные сети.

Молния и авиация

Атмосферное электричество вообще и молнии в частности представляют значительную угрозу для авиации. Попадание молнии в летательный аппарат вызывает растекание тока большой величины по его конструкционным элементам, что может вызвать их разрушение, пожар в топливных баках, отказы оборудования, гибель людей. Для снижения риска металлические элементы наружной обшивки летательных аппаратов тщательно электрически соединяются друг с другом, а неметаллические элементы металлизируются. Таким образом, обеспечивается низкое электрическое сопротивление корпуса. Для стекания тока молнии и другого атмосферного электричества с корпуса летательные аппараты оборудуются разрядниками.

Ввиду того, что электрическая ёмкость самолёта, находящегося в воздухе, невелика, разряд «облако-самолёт» обладает существенно меньшей энергией по сравнению с разрядом «облако-земля». Наиболее опасна молния для низколетящего самолёта или вертолёта, так как в этом случае летательный аппарат может сыграть роль проводника тока молнии из облака в землю. Известно, что самолёты на больших высотах сравнительно часто поражаются молнией и тем не менее, случаи катастроф по этой причине единичны. В то же время известно очень много случаев поражения самолётов молнией на взлёте и посадке, а также на стоянке, которые закончились катастрофами или уничтожением летательного аппарата.

Известные авиационные катастрофы, вызванные молнией:

• Катастрофа Ил-12 под Зугдиди (1953 год) - 18 погибших, в том числе Народная артистка Грузинской ССР и Заслуженная артистка РСФСР Нато Вачнадзе
• Катастрофа L-1649 под Миланом (1959 год) - 69 погибших (официально - 68)
• Катастрофа Boeing 707 в Элктоне (1963 год) - 81 погибший. Занесена в книгу рекордов Гиннесса , как наибольшее число погибших из-за удара молнии. После неё в правила по созданию новых самолётов внесли пункт об испытаниях на попадания молний.

Молния и корабли

Молния также представляет очень большую угрозу для надводных кораблей ввиду того, что последние приподняты над поверхностью моря и имеют много острых элементов (мачты, антенны), являющихся концентраторами напряжённости электрического поля. Во времена деревянных парусников, обладающих высоким удельным сопротивлением корпуса, удар молнии практически всегда заканчивался для корабля трагически: корабль сгорал или разрушался, от поражения электрическим током гибли люди. Клёпаные стальные суда также были уязвимы для молнии. Высокое удельное сопротивление заклёпочных швов вызывало значительное локальное тепловыделение, что приводило к возникновению электрической дуги, пожарам, разрушению заклёпок и появлению водотечности корпуса.

Сварной корпус современных судов обладает низким удельным сопротивлением и обеспечивает безопасное растекание тока молнии. Выступающие элементы надстройки современных судов надёжно электрически соединяются с корпусом и также обеспечивают безопасное растекание тока молнии, а молниеотводы гарантируют защиту людей, находящихся на палубах. Поэтому для современных надводных кораблей молния не опасна.

Деятельность человека, вызывающая молнию

Защита от молний

Техника безопасности при грозе

Большинство гроз обычно происходят без каких либо существенных последствий, тем не менее, необходимо соблюдать ряд правил безопасности:

• Следить за движением грозового облака, оценивая расстояния для места грозовой активности по времени запаздывания грома относительно молнии. Если расстояние уменьшается до 3 километров (запаздывание менее 10 секунд) значит существует риск близкого удара молнии и необходимо незамедлительно принять меры по защите себя и имущества.
• На открытой местности (степь, тундра, большие пляжи) необходимо по возможности переместиться в пониженные места (овраги, балки, складки местности), но не приближаться при этом к водоему.
• В лесу следует переместиться на участок с невысокими молодыми деревьями.
• В населенном пункте, по возможности - укрыться в помещении.
• В горах следует искать укрытие в распадках, расщелинах (однако надо учитывать возможность возникновения в них склонового стока при сильном ливне, сопровождающем грозу) под устойчивыми нависающими камнями, в пещерах.
• При движении на автомобиле следует остановиться (если это позволяет дорожная ситуация и не запрещено правилами), закрыть окна, выключить двигатель. Движение во время близкой грозы очень опасно, поскольку водитель может быть ослеплен яркой вспышкой близкого разряда, а электронные устройства управления современного автомобиля - дать сбой.
• При нахождении на водоеме (река, озеро) на лодках, плотах, байдарках необходимо как можно скорее направляться к берегу, острову, косе или дамбе. Находиться в воде во время грозы очень опасно, поэтому нужно выйти на берег.
• Находясь в помещении следует закрыть окна и отойти от них на расстояние хотя 1 метр, прекратить телевизионный и радиоприем на внешнюю антенну, отключить электронные приборы, питаемые от сети.
• Очень опасно во время грозы находиться возле следующих объектов: отдельно стоящие деревья, опоры линии электропередач, освещения, связи и контактной сети, флагштоки, различные архитектурные столбы, колонны, водонапорные башни, электрические подстанции (здесь дополнительную опасность создает разряд между токоведущими шинами, который может быть инициирован ионизацией воздуха грозовым разрядом), крыши и балконы верхних этажей возвышающихся над городской застройкой зданий.
• Достаточно безопасными и пригодными для укрытия местами являются: водопропускные трубы автомобильных и железных дорог (являются также и неплохой защитой и от дождя), места под пролетными строениями мостов, путепроводов, эстакад, навесы автозаправочных станций.
• Достаточно надежной защитой от молнии может служить любое закрытое транспортное средство (автомобиль, автобус, железнодорожный вагон). Однако транспортных средств с тентовой крышей стоит остерегаться.
• Если гроза застигла в месте, где нет никаких укрытий, следует сесть на корточки, снизив таким образом свою высоту над уровнем земли, но ни в коем случае не ложиться на землю и не опираться руками (чтобы не попасть под действие шагового напряжения), накрыть голову и лицо любым подручным укрытием (капюшон, пакет и т.п.), чтобы защитить их от ожога ультрафиолетовым излучением от возможного близкого разряда. Велосипедистам и мотоциклистам следует отойти от своей техники на расстояние 10-15 м.

Наряду с молнией в эпицентре грозовой активности опасность представляют также нисходящий поток воздуха, создающий порывы шквалистого ветра и интенсивные осадки, в том числе - град от которых тоже требуется защита.

Грозовой фронт проходит достаточно быстро, поэтому особые меры безопасности требуются в течение сравнительно небольшого интервала времени, в умеренном климате обычно не более 3-5 минут.

Защита технических объектов

В древнегреческих мифах

См. также

Примечания

1. Кошкин Н. И., Ширкевич М. Г. Справочник по элементарной физике. 5-е изд. М: Наука, 1972 г. С. 138
2. Ученые назвали самую протяженную и самую продолжительную молнии
3. B. Hariharan, A. Chandra, S. R. Dugad, S. K. Gupta, P. Jagadeesan, A. Jain, P. K. Mohanty, S. D. Morris, P. K. Nayak, P. S. Rakshe, K. Ramesh, B. S. Rao, L. V. Reddy, M. Zuberi, Y. Hayashi, S. Kawakami, S. Ahmad, H. Kojima, A. Oshima, S. Shibata, Y. Muraki, and K. Tanaka (GRAPES-3 Collaboration) Measurement of the Electrical Properties of a Thundercloud Through Muon Imaging by the GRAPES-3 Experiment // Phys. Rev. Lett. , 122, 105101 - Published 15 March 2019
4. Красные Эльфы и Синие Джеты
5. Гуревич А. В., Зыбин К. П. «Пробой на убегающих электронах и электрические разряды во время грозы » // УФН , 171, 1177-1199, (2001)
6. Иудин Д. И., Давыденко С. С., Готлиб В. М., Долгоносов М. С., Зелёный Л. М. «Физика молнии: новые подходы к моделированию и перспективы спутниковых наблюдений » // УФН , 188, 850-864, (2018)
7. Ермаков В. И., Стожков Ю. И. Физика грозовых облаков // , РАН, М., 2004 г. :37
8. В возникновении молний обвинили космические лучи // Lenta.Ru, 09.02.2009
9. Александр Костинский. «Молниеносная жизнь эльфов и гномов» Вокруг света , № 12, 2009.

Сообщения о непонятных явлениях, которые происходят в верхних слоях земной атмосферы, приходили давно. И только совсем недавно на них обратили внимание ученые. Летчики и космонавты, например, нередко видели какие-то субстанции, иногда напоминавшие живых существ. На доли секунды они появлялись в околоземном пространстве на высоте от 50 до 100 км.

Пилоты самолетов говорили о ночных «вспышках». Подтвердить эти факты удалось лишь в 70-е гг. XX в., а в начале нынешнего столетия их наконец запечатлели при помощи современной техники - аппаратуры, находившейся на борту орбитальных станций.

Выяснилось, что эти явления можно классифицировать по внешнему виду. Так, красноватые кольца получили название «эльфы», бьющие вверх синие «фонтаны» - «голубые джеты», голубые «медузы» - «спрайты», красные – «тайгеры» .

Снимки «спрайтов» впервые удалось получить летом 2005 г. в Колорадо: их фотографировали при помощи специальной камеры со скоростью 5 тыс. кадров в секунду. Специалисты Университета Аляски использовали более мощную аппаратуру (скорость съемки - 10 тыс. кадров в секунду). Она и помогла выявить как на самом деле выглядят «спрайты». Оказалось, что они похожи на подпрыгивающие шары.

По словам Ганса Нельсена, «призраки» представляют собой яркие сгустки, напоминающие огромные шаровые молнии, которые летят со скоростью, равной одной десятой скорости света сначала вертикально вниз, а потом – вверх. Вероятно, они - результат химических соединений, воздействующих на атмосферные процессы. Ученые предполагают, что из-за них может меняться климат и разрушаться озоновый слой.

Однако природу феномена пока уяснить не удалось: для этого нужна съемка крупным планом с близкого расстояния. С этой целью на борту МКС будут установлены скоростные камеры.

Юрий Ратис, профессор Самарского муниципального университета, считает, что ничего сверхъестественного в «привидениях» и нет. По его мнению, НЛО, шаровые молнии, круги на полях - всего лишь проявления высокотемпературной радиоактивной плазмы, представляющие собой сконцентрированные в атмосфере скопления радиоактивных веществ.

*****

Спрайты над грозой в Канзасе 10 августа 2000, наблюдаемые в мезосфере на высоте 50-90км, как отклик на мощные удары молнии от тропосферных гроз. (Фото: Walter Lyons, FMA Research, Fort Collins, Colorado).

Спрайты - некое подобие молний, только бьющих не вниз, а вверх.

Спрайты трудно различимы, но они появляются почти в любую грозу на высоте от 55 до 130 километров (высота образования «обычных» молний - не более 16 километров). Впервые это явление было зафиксировано в 1989 году случайно. Сейчас о физической природе спрайтов известно довольно мало, поэтмоу крайне важны не только научные, но и любительские, но правильно организованные, наблюдения.

Несмотря на то, что спрайты существуют миллионы лет, они впервые были обнаружены и документально подтверждены лишь случайно в 1989. Прежде о ночных призраках регулярно докладывали пилоты. Но ученые не верили. Приравнивали их свидетельства к сообщениям об НЛО.

Эльфы вспыхивают огромным красноватым кольцом. Спрайты похожи на голубых медуз. Красные медузы, появляющиеся ниже спрайтов, это тайгеры. Голубые джеты - самые низложившие из всех ионосферных обитателей - выглядят синими фонтанами.

Спрайты напоминают похожие природные явления, которые метеорологи и физики атмосферы прозвали "эльфы", "гоблины" и "тролли". Эти вспышки так называют потому, что они как бы "танцуют" в небе, это может объяснить некоторые из сообщений об НЛО.

Сегодня учёные продолжают изучать феномен, чтобы лучше понять его структуру. С помощью триангуляционного метода учёные смогли вычислить размеры спрайтов. Свечи их достигают 24 км в высоту, а скопление свечей - 72км в ширину.

Благодаря тому, что спрайты возникают на большой высоте, они могут так же влиять на химический состав озонового слоя Земли. Т.к. спрайты сравнительно редки, глобальное влияние, вероятно, незначительное.

Если вы будуте охотится за этого рода необычными молниями, то после обнаружения явления на кадре, запишиет время и место съёмки, а также определите направление по сторонам света, куда был направлен фотоаппарат в момент съемки. Учёные чаще всего пользуются не столько фото, сколько видеосъмкой с большим колличеством кадров в секунду.

Эльфы, тайгеры, голубые джеты, спрайты - такие полумистические названия ученые дали таинственным явлениям. Они возникают в ближнем космосе и свидетельствуют о существовании в нем некой электромагнитной «жизни». Там на высотах от 50 до 100 километров, где нет грозовых туч, сверкают чудовищные по размерам молнии. Точнее, нечто на них похожее - вроде привидений причудливых форм.

Увидеть призрачных обитателей околоземного пространства практически невозможно - слишком они стремительны. Показываются на тысячные доли секунды. Лишь долгие ночные бдения на вершинах гор и на борту орбитальных аппаратов позволяют запечатлеть на фото и видео процессы, происходящие в малоизученной области атмосферы.

Однако, как выяснилось, и спрайт ученые толком не рассмотрели. Чтобы увидеть истинное поведение призрака, понадобилась аппаратура, обладающая совсем уж сумасшедшей скоростью - 10 тысяч кадров в секунду. Такую камеру раздобыли и применили специалисты по физике атмосферы из Университета Аляски под руководством Ганса Нельсена. И оказалось, что спрайты - это вовсе не медузы, а подпрыгивающие шары.

Яркие сгустки напоминают шаровые молнии размером с футбольное поле, - уверяет Нельсен. - Сначала они летят вертикально вниз, потом - вверх. Скорость - одна десятая скорости света.

По поводу природы пляшущих призраков Нельсен пока находится в полном недоумении. Как и его коллеги из Европейского космического агентства, которые надеются разобраться, установив скоростные камеры на борту МКС.

Некоторые люди боятся гроз. Другие восхищаются ими, считая удивительным проявлением силы природы. Всем мы хорошо помним молнии, которыми сопровождается большинство гроз. Однако существует множество разных типов этого явления. Возможно, некоторые из них вы видели, хоть и не знали про них; или не видели, но чувствовали.

Тип молнии, который ассоциируется у большинства людей с грозой, называется облачно-земной. Это отрицательный заряд, ударяющий в землю и притягивающий к себе заряженные объекты. (Тепловая молния – это та же облачно-земная, но возникающая достаточно далеко, в результате чего гром от нее не слышен). Существуют также межоблачные молнии, никогда не достигающие земли, и внутриоблачные, не покидающие своей «родной» тучи.

Иногда молния несет в себе и положительный заряд, особенно когда бьет из вершины грозовой тучи. В таком случае она не спускается на землю, а движется вдоль горизонта. Она получила довольно изящное название «молния из синевы».

Наверное, кто-нибудь из вас видел красноватую вспышку высоко-высоко в небе. Это еще один тип молнии – красный спрайт. Его цвет часто соответствует названию, но совсем не обязательно. Обычно такая вспышка длится несколько секунд – намного больше, чем большинство других типов молний. По сути, хорошо различить можно только самые яркие из спрайтов. Часто их описывают как нечто, похожее на гигантских медуз на самой вершине бури.

Синие струи – еще один тип молнии, который вы, возможно, видели, но не знали об этом. Особенно если вам приходится много летать на самолетах. Эти разряды также выстреливают вверх из грозовых туч и длятся лишь долю секунды. Но за это время они могут преодолеть более 40 километров.

Если вы часто летаете, вы, вероятно, сталкивались и с темной молнией. Это явление было изучено довольно недавно. Увидеть такую молнию невозможно, поскольку она длится всего около 10-100 микросекунд. Лишь изредка можно заметить отчетливую фиолетовую вспышку. Однако она испускает радиацию – примерно столько же, как на компьютерной томографии в больнице. Это не так уж и много, но темные молнии очень распространены, причем именно на тех высотах, где летают самолеты. А это делает их немалой потенциальной угрозой.

Еще выше можно встретить так называемых «эльфов». Это массивные электрические импульсы в форме дисков. Они были засняты камерами космических шаттлов только в 1992 году.

Чтобы быть таинственными, молниям не обязательно возникать в ионосфере. Ученые все еще пытаются понять, что такое шаровая молния и каков ее принцип действия. Только недавно ее смогли воссоздать в лабораторных условиях. Обычно такие молнии ассоциируются с грозами, но их связывают и с другими, более мистическими вещами.

Считается, что очень многие предполагаемые НЛО были на самом деле шаровыми молниями, ведь они могут летать по небу, появляться и исчезать за считанные секунды и окрашиваться в разные цвета. Возможно, это явление также принимали за блуждающиее огоньки, которые, как правило, появляются в болотистых районах и считаются злыми духами. Сейчас мы знаем, что шаровые молнии существуют, но не можем точно сказать, как они формируются и по какой причине. Это говорит о том, что некоторые виды молний остались такими же загадочными, как и много веков назад.