Смята се, че светкавиците се случват почти 50 пъти в секунда по целия свят, но все още има какво да научим за тези невероятно енергични светкавици. Една особено дългогодишна мистерия е защо мълнията придобива зигзагообразна форма, докато проблясва по небето, и учените в Австралия сега са измислили обяснение, като го прикрепят към сблъсъци между електрони и молекули, които създават последователност от така наречените „стъпки“.
През последните пет или повече години видяхме изследователи да придобиват някои завладяващи прозрения в науката за ударите на мълнии. Това включва откритието, че гама лъчите, генерирани чрез тези събития, могат да създадат антиматерия във въздуха, доказателство, че тяхното електромагнитно поле може да има защитен ефект върху живите клетки и зашеметяващи кадри от високоскоростна камера на светкавични клони, които се чупят от облаците.
Въпреки че познанията ни за тези метеорологични явления продължават да се подобряват, физиката на ударите на мълния и последователността от събития, които ги подкрепят, остават неясни. Въпросът защо светкавиците идват от облаците и следват зигзагообразна пътека надолу към Земята озадачава учените от половин век, но физикът на плазмата д-р Джон Лоуке от Университета на Южна Австралия сега предложи това, което се описва като окончателно обяснение.
„Има няколко учебника за светкавиците, но никой не обяснява как се образуват зигзагите (наречени стъпала), защо електропроводимата колона, свързваща стъпалата с облака, остава тъмна и как светкавицата може да пътува на километри“, казва Лоуке.
Когато светкавицата излиза от гръмотевичен облак, тя го прави на стъпки с дължина около 50 метра (164 фута). Те мигат ярко за малка част от секундата, преди да потъмнеят за още част от секундата, преди да се образува друга стъпка и да мига ярко за същия, миниатюрен момент във времето. Тези стъпки се повтарят една след друга, докато мълнията достигне Земята и макар да е почти невидима с невъоръжено око, високоскоростната фотография е позволила на учените да документират тази драматична последователна верига от електрически разряди.
Но защо тези стъпала се образуват по начина, по който се образуват, и как може да има непрекъсната електрическа връзка, когато светкавиците преминават през мимолетни моменти на тъмнина по пътя? В наскоро публикувано изследване Лоуке и неговият колега Ендре Сили прикрепват ефекта върху така наречените синглетно-делта метастабилни кислородни молекули. Тези високоенергийни молекули се създават, когато електрони се сблъскат с кислородни молекули, което ги кара да се отделят и преразпределят електрическото поле.
Резултатът е създаването на проводяща колона, която поддържа връзка с облака, докато стъпалата проправят път към земята, дори когато ударът потъмнее. Това се улеснява от вълнението на кислородните молекули, което ги принуждава да преминат в „метастабилно“ състояние, което, когато присъства в достатъчно голям брой, може да позволи на въздуха да провежда електричество.
„Така че светкавичните стъпки се появяват, когато се създават достатъчно от метастабилните състояния, за да отделят значителен брой електрони“, пише Лоуке в придружаваща част за Разговорът. „По време на тъмната част от стъпката, плътността на метастабилните състояния и електроните се увеличава. След 50 милионни от секундата стъпалото може да провежда електричество – и електрическият потенциал на върха на стъпалото се увеличава приблизително до този на облака и създава следващо стъпало.“
Според учените по-доброто разбиране на ударите от мълния може да доведе до по-добри защитни мерки за сгради, самолети и хора. Гръмоотводите, изобретени през 1752 г. от ерудита Бенджамин Франклин, остават нашата основна мярка в това отношение и работят, като привличат мълния и заземяват нейния електрически заряд. Фиксирано към върха на сграда, това може да предпази структурата от повреда, но по-доброто познаване на това как се оформят ударите на мълния може да доведе до нови инструменти за защита на изградената среда.
„Трябва да разберем как се инициира мълния, за да можем да изработим как да защитим по-добре сгради, самолети, небостъргачи, ценни църкви и хора“, казва д-р Лоуке.
Изследването е публикувано в Journal of Physics D: Приложна физика.
източници: Разговорът, Университет на Южна Австралия
Публикациите се превеждат автоматично с google translate
