Таємниця блискавки: як виникає одна з найвражаючих сил природи

Блискавка — одне з най­за­гад­ко­ві­ших і водно­час най­більш видо­ви­щних явищ у при­ро­ді. Вона вра­жає своєю силою, яскра­ві­стю та енер­гі­єю, але меха­нізм її заро­дже­н­ня дони­ні зали­шав­ся неро­зга­да­ним. Сучасні вчені вирі­ши­ли роз­в’я­за­ти цю таєм­ни­цю. Завдяки новій цифро­вій моде­лі вда­ло­ся зазир­ну­ти все­ре­ди­ну гро­зо­вих хмар і поба­чи­ти, з чого почи­на­є­ться блискавка.

Як народжується блискавка

Процес вини­кне­н­ня бли­скав­ки почи­на­є­ться з утво­ре­н­ня коро­тко­жи­ву­чих роз­ря­дів, які нази­ва­ю­ться стри­ме­ра­ми. Вони вини­ка­ють вна­слі­док вза­є­мо­дії кра­пель води й кри­жа­них кри­ста­лів усе­ре­ди­ні гро­зо­вих хмар. Хоча стри­ме­ри існу­ють лише миті, саме вони є осно­вою, на якій може утво­ри­ти­ся справ­жній роз­ряд блискавки.

На висо­ті 6 – 9 км у гро­зо­вій хмарі можуть вини­ка­ти спе­ці­аль­ні стру­кту­ри, які дослі­дни­ки нази­ва­ють «зарод­ка­ми» бли­скав­ки. Це пла­змо­ві утво­ре­н­ня, які утво­рю­ю­ться зав­дя­ки стру­мам поля­ри­за­ції — пото­кам еле­ктри­чних заря­дів, що про­хо­дять через неста­біль­ні стри­мер­ні стру­кту­ри. Якщо такі зарод­ки з’єд­ну­ю­ться між собою і утво­рю­ють мере­жу дов­жи­ною в деся­тки метрів, вони ста­ють поча­тком для фор­му­ва­н­ня пов­но­цін­ної блискавки.

Що потрібно для запуску блискавки

Вчені вста­но­ви­ли два клю­чо­ві чин­ни­ки, без яких бли­скав­ка не виникне:

1. Об’єднання кіль­кох стри­мер­них систем, які фор­му­ю­ться дуже близь­ко одна до одної.
2. Достатній рівень локаль­но­го еле­ктри­чно­го поля, що дозво­ляє стри­ме­рам рости й з’єднуватися.

Ці умови ство­рю­ють спри­я­тли­ве сере­до­ви­ще для роз­ви­тку дов­гих еле­ктри­чних кана­лів, які й ста­ють про­від­ни­ка­ми блискавки.

Важливу роль віді­грає і висо­та, на якій заро­джу­є­ться бли­скав­ка. Чим вище в атмо­сфе­рі, тим менша густи­на пові­тря — а отже, для утво­ре­н­ня бли­скав­ки потрі­бно біль­ше пла­змо­вих кана­лів. На висо­ті 9 км, напри­клад, потрі­бно зна­чно біль­ше енер­гії, щоб стри­ме­ри могли з’єднатися в ста­біль­ну структуру.

Як виглядає цей процес у моделі

Дослідники ство­ри­ли три­ви­мір­ну цифро­ву модель, яка вра­хо­вує висо­ту, силу еле­ктри­чно­го поля та дина­мі­ку фор­му­ва­н­ня стри­ме­рів. Ця модель пока­за­ла, що навіть у від­но­сно слаб­ких еле­ктри­чних полях бли­скав­ка може заро­ди­ти­ся — якщо сфор­му­є­ться доста­тньо дов­гий і ста­біль­ний пла­змо­вий канал.

З’єднані між собою стри­ме­ри фор­му­ють неста­біль­ну, але вже досить про­тя­жну стру­кту­ру. Якщо вона дося­гає кри­ти­чної дов­жи­ни, роз­ряд пере­хо­дить у фазу ліде­ра — гаря­чо­го, яскра­во­го кана­лу, який зда­тен само­стій­но під­три­му­ва­ти своє роз­ши­ре­н­ня. Саме цей канал і є тим, що ми бачи­мо як блискавку.

Сучасні моде­лі дозво­ля­ють краще зро­зу­мі­ти скла­дні атмо­сфер­ні про­це­си. Тепер ми зна­є­мо, що бли­скав­ка — це резуль­тат мікро­ско­пі­чних змін у хмарі, які лише за спри­я­тли­вих умов з’єд­ну­ю­ться у поту­жний при­ро­дний роз­ряд. Розуміння цих про­це­сів не лише від­кри­ває нам таєм­ни­ці при­ро­ди, а й допо­ма­гає під­ви­щи­ти без­пе­ку під час грози.