Долгое время ученые не могли объяснить, почему молния два раза попадает в одно место. Теперь эта загадка раскрыта. Международная группа исследователей во главе с Университетом Гронингена воспользовалась радиотелескопом LOFAR, для того чтобы изучить вспышки молнии в мельчайших деталях. Их работа доказала, что отрицательные заряды в дождевом облаке разряжаются не за один раз. Они частично сохраняются. Этот процесс происходит внутри структур, которые ученые назвали иглами. Через них отрицательный заряд может отправлять повторный разряд на землю. Результаты были опубликованы 18 апреля в научном журнале Nature.
Иглы
"Это открытие сильно отличается от нынешней картины, в которой заряд течет по каналам плазмы непосредственно из одной части облака в другую или на землю", - пояснил профессор физики из Университета Гронингена.
Провести такое исследование ранее не представлялось возможным, так как не было необходимого оборудования. Но благодаря новейшему радиотелескопу LOFAR получилось обнаружить иглы, а также определить их размеры. Они составляют 100 метров в длину и имеют диаметр 5 метров.
Low Frequency Array (LOFAR) произведен в Голландии. Он представляет собой несколько тысяч антенн, которые разбросаны по Северной Европе. Они связаны с центральным компьютером при помощи оптиковолокна и могут работать как одно целое.
Low Frequency Array разработан для радиоастрономических наблюдений, но функционал позволяет его использовать и для исследования молний.
Внутри облака
Для наблюдений за молниями ученые использовали только антенны, расположенные в Голландии, общая площадь которых занимает 3200 квадратных метров. Данные, полученные при помощи них, помогли увидеть, что происходит внутри облака во время грозы.
Молния появляется, когда сильные восходящие потоки образуют особое статическое электричество в больших облаках, одна часть которых становится отрицательно заряженной, а другая - положительно.
Когда это разделение заряда достигает определенной нормы, появляется сильный разряд, который принято называть молнией. Как правило, он начинается в небольшой области горячего ионизированного воздуха, так называемой плазмы.
Эта небольшая часть преобразуется в разветвленный плазменный канал. Он может достигать нескольких километров в длину. Положительные наконечники канала аккумулируют отрицательные заряды из облака. После они проходят через канал к отрицательному наконечнику и заряд разряжается.
Новый алгоритм
Исследователи разработали новую схему для получения данных с радиотелескопа LOFAR. Она позволяет им визуализировать излучение от двух вспышек молнии. Очень точная временная метка на всех данных и антенная решетка позволили ученым определять источники излучения с высоким разрешением.
"Близко к центральной зоне радиотелескопа, где плотность антенн самая высокая, пространственная точность была около одного метра", - говорит профессор Шолтен. Кроме того, полученные данные были способны локализовать в 10 раз больше источников ОВЧ, чем другие системы трехмерной визуализации, с временным разрешением в диапазоне наносекунд. Это привело к трехмерному изображению разряда молнии с высоким разрешением.
Перерыв
Благодаря исследованию стало ясно, для чего возникают разрывы в выпускном канале в месте, где образуются иглы. Скорее всего, они разряжают отрицательные заряды из главного канала, который потом опять попадает в грозовое облако. Выяснилось, что снижение зарядов в канале провоцирует обрыв. Но когда заряд в облаке вновь становится высоким, поток через канал восстанавливается, что ведет к повторному разряду молнии. Именно благодаря этому принципу молния будет неоднократно бить в одну и ту же область.
Шолтен прокомментировал открытие так: "Излучения ОВЧ вдоль положительного канала обусловлены регулярно повторяющимися разрядами вдоль ранее сформированных боковых каналов, игл. Эти иглы, по-видимому, истощают заряды импульсным способом". "Это совершенно новое явление, - добавляет профессор Джо Дуайер из Университета Нью-Гемпшира (США), третий автор статьи. - Наши новые способы наблюдения фиксируют огромное количество игл в молнии, которых раньше не было видно". И Брайан Хэйр делает вывод: "Благодаря этим наблюдениям мы видим, что часть облака перезаряжается, и можно понять, почему разряд молнии в землю повторяется несколько раз".
