Физики на шаг приблизились к пониманию молний — у восходящих молний засекли рентгеновские вспышки

Это может прозвучать странно, но учёные до сих пор не имеют стройной теории, описывающей физические процессы в молниях. Представление древних греков о молниях в некотором смысле было полным — это орудие Зевса. Выглядит известно как, действует тоже понятным образом. Но физиков молнии всё ещё ставят в тупик. Сделанное астрофизиками открытие — обнаружение рентгеновских вспышек в особо опасных восходящих молниях — поможет лучше понять физику явления.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Да, молнии могут бить не только сверху вниз, но также снизу вверх. Происходит это обычно на высотных и высоких объектах. На уровне моря восходящие молнии обычно не наблюдаются. Например, около 90 % бьющих в Останкинскую телебашню молний восходящие. Таких случается не менее 30 в год. И если нисходящая молния ударила и рассеялась, то восходящая ощутимо дольше держится на верху конструкции, что ведёт к повышению нагрузки на сооружение и молниеотводы. Массовая установка ветряных турбин с высоким содержанием композитных материалов ведёт к повышению риска разрушения восходящими молниями. И это проблема.

Группа астрофизиков под руководством Тома Орегель-Шомона (Toma Oregel-Chaumont) из Швейцарского федерального технологического института (EPFL) провела серию наблюдений за восходящими молниями, возникающими на вышке Санти (Säntis Tower) в Швейцарии. Башня высотой 124 м расположена на вершине горы Санти высотой 2502 м в Аппенцелльских Альпах — идеальное место для возникновения и наблюдения восходящих молний.

Башня Санти. Источник изображения: EPFL

Традиционно молнии наблюдались и оценивались по двум измеряемым параметрам. Во-первых, по внешнему виду, что благодаря скоростной съёмке открыло новый уровень оценки этого явления. Во-вторых, с помощью измерения токов разряда. Наблюдения в рентгеновском диапазоне добавляют новые ценные данные, по которым можно судить о физических процессах на разных отрезках прохождения заряда (энергия, направление, ионизация каналов и так далее). Для нисходящих молний вспышки в рентгене не новость, однако для восходящих молний ещё ни разу не удавалось их обнаружить.

«Фактический механизм, с помощью которого возникает и распространяется молния, всё ещё остается загадкой, — пояснили исследователи. — Наблюдение восходящих молний с высотных сооружений, таких как башня Санти, позволяет соотнести измерения рентгеновского излучения с другими одновременно измеряемыми величинами, такими как высокоскоростные видеозаписи и электрические токи».

Впервые увидеть рентгеновские лучи во вспышках восходящих молний смогла группа Орегель-Шомона. Скоростные камеры засняли четыре восходящих разряда со скоростью съёмки до 24 тыс. кадров в секунду. Некоторые из разрядов сопровождались вспышками в рентгене, а некоторые нет. Это позволило выявить разницу между одними и другими, что важно для понимания физики молний. Рентгеновское излучение очень короткое — оно исчезало в течение первой миллисекунды после формирования лидера и, как оказалось, оно коррелирует с очень быстрыми изменениями электрического поля, а также скоростью изменения тока.

«Как физику, мне нравится иметь возможность понимать теорию, лежащую в основе наблюдений, но эта информация также важна для понимания молнии с инженерной точки зрения, — сказал Орегель-Шомон. — Всё больше и больше высотных конструкций, таких как ветряные турбины и самолёты, строятся из композитных материалов. Они менее электропроводны, чем металлы, такие как алюминий, поэтому они сильнее нагреваются, что делает их уязвимыми для повреждений от восходящих молний».