Лев
я могу Анализировать
Только вперед!
Лев Каменцев
Все записи
текст

Небесные эльфы

Благодаря бессмертным строчкам классика все мы знаем, что первые грозы приходят в наши широты в мае. Но нам практически ничего не известно о природе самих гроз. Атмосферное электричество, или молнии, относится к числу неразгаданных тайн нашей планеты. Правда, в последнее время появились новые факты о доселе неизвестных проявлениях атмосферного электричества.

Наблюдать эти проявления можно не только во время грозы, но и при извержениях вулканов, в водоворотах смерчей и пылевых бурях. Существуют и «рукотворные» молнии, сопровождающие рост атомного гриба после ядерного взрыва. Сила тока молниевого разряда составляет от 10 до 100 тысяч ампер, а напряжение скачет от миллионов до миллиардов вольт. И при этом после попадания молнии в человека погибает менее половины пострадавших!
Заряды некоторых молний длятся особенно долго, достигая сотых, а в некоторых случаях – даже десятых долей секунды. Это, по меркам мира атмосферного электричества, почти целая вечность. Именно затяжные молнии, как правило, и являются причиной лесных пожаров.

ДЛИНА МОЛНИИ обычно не превышает нескольких километров, в среднем – около 2,5 км. Наибольшие разряды простираются под углом к поверхности Земли на 20 км. Как правило, молнии исходят из кучево-дождевых облаков (редко – из слоисто-дождевых) и делятся на внутриоблачные и ударяющие в Землю.
Внутриоблачные молнии имеют длину от 1 до 150 км, чаще всего их можно наблюдать вблизи экватора (50 % – в умеренных широтах, 90 % – в экваториальной полосе). Именно ими обусловлено потрескивание, которое мы иногда замечаем, слушая радио. Молниевый разряд вызывает изменение электрического и магнитного полей и является причиной появления низкочастотных электромагнитных волн – атмосфериков. 

МОЛНИЯ КАК АТМОСФЕРНОЕ ЯВЛЕНИЕ распространена очень неравномерно: максимально часто встречается во влажных районах экваториального и тропического поясов и практически отсутствует в полярных зонах. Зимой в средних широтах практически не бывает гроз.

В некоторых местах из-за аномального сочетания климатических условий возникают условия для особенно многочисленного появления молний. Например, в Южной Америке над местом впадения реки Кататумбо в озеро Маракайбо на высоте около 5 км появляется свечение, не сопровождающееся какими-либо ощутимыми акустическими эффектами. Ветры, приходящие со стороны Анд, приносят с собой грозы, а из-за большой заболоченности этого района повышенное содержание метана подпитывает разряды молний. Исследователи считают молнии Кататумбо крупнейшим одиночным генератором тропосферного озона на Земле. Свечение появляется почти каждую ночь (до 200 дней в году) и длится около 10 часов, что в сумме дает более миллиона разрядов в год! Молнии Кататумбо можно наблюдать с расстояния до 400 км – это их свойство даже используют для навигации.


В ПОСЛЕДНЕЕ ВРЕМЯ стали появляться довольно экстравагантные проекты практического использования атмосферного электричества. Энергетический потенциал молнии огромен, и вся проблема состоит лишь в том, чтобы исхитриться и изобрести достаточно эффективный способ фиксации этой энергии. Разряд длится всего доли секунды, и его энергию нужно запасать очень быстро. Для этого требуются мощные и дорогостоящие конденсаторы.

Несколько лет назад одна из американских компаний объявила о создании устройства, при помощи которого можно «захватить» молнию для дальнейшего ее превращения в электроэнергию. По словам инициаторов проекта, окупиться такая установка должна менее чем за 10 лет, а добытчики молний смогут производить и продавать электроэнергию по цене полцента за киловатт-час, что значительно дешевле практически любого современного источника энергии. Крайне интересно, что себестоимость этого нового метода может быть существенно ниже, чем у остальных нетрадиционных способов получения электроэнергии. Наиболее рентабельной установка подобных устройств будет, естественно, в местах наибольшей активности молний – это Юго-Восточная Азия, некоторые районы Индии, Южной Америки и острова Карибского бассейна.    
        Эльфы достаточно тусклы, поэтому, чтобы их заметить, нужно хорошенько натренироваться. Особую роль здесь имеет боковое зрение – оно более чувствительно к неярким свечениям. Если в момент наблюдения за эльфами поблизости находятся фонари и другие источники света (в том числе и молнии в активной части грозы), то вспышки будет сложнее увидеть. Обязательно должен быть открыт сектор темного неба, простирающийся выше грозы. Обычно выбирают облако на горизонте, у которого видна наковальня. Нужно внимательно смотреть в область над наковальней – эльфы весьма «проворны», и увидеть их перемещение обычно не получается. Но их красный цвет и вертикальная ниточная структура могут быть восприняты.   Чтобы понять, насколько эльфы и джеты определяют свойства электрического поля Земли, сейчас прилагаются серьезные усилия. При этом основным источником информации являются именно визуальные наблюдения. Создаются методы изучения новых молний, которые позволят видеть их в радиодиапазоне и измерять их спектр; найдены способы установления плотности тока в разрядах; проводятся исключительные исследования электрохимических эффектов, которые джеты и эльфы, возможно, оказывают на мезосферу и стратосферу. Но масштаб воздействия высокоатмосферных вспышек на нашу атмосферу пока неясен.
ПРЕЖДЕ ЧЕМ ГОВОРИТЬ о недавно открытых явлениях атмосферного электричества, освежим в памяти школьные уроки физики и вспомним, что такое зарницы. В общепринятом смысле так называют мгновенную световую вспышку без грома, наблюдаемую в темное время суток с расстояния десятков или сотен километров. Появляются они, как правило, летом, ночью или вечером, и чаще всего на горизонте (хотя в экваториальных и тропических широтах занимают иногда и зенитные части неба). Строго говоря, под зарницами можно понимать как тихие электрические разряды между грозовыми тучами, так и отблески молнии от отдаленных неслышимых грозовых разрядов. Если высота грозовых туч составляет примерно 3 км, беззвучные молнии будут видны на расстоянии около 120 км, а раскаты грома не слышны уже на расстоянии 25 км.
Из зарниц нам лучше всего известны так называемые темные молнии – электрические разряды длительностью 0,2–3,5 мс, с энергией до 20 МэВ. Они практически не дают излучения в видимом диапазоне и почти незаметны в облаках. С помощью этого явления процесс разряда накопившейся электростатической энергии в атмосфере происходит значительно быстрее, чем с помощью обычных молний.

СУЩЕСТВУЕТ ГИПОТЕЗА, что в темной молнии заряд переносится высокоскоростными электронами. При столкновениях этих электронов с молекулами воздуха рождаются гамма-кванты, которые, в свою очередь, рождают пары электрон-позитрон. При столкновении позитронов с молекулами воздуха первые аннигилируют и порождают новые гамма-кванты, которые регистрируются спутниками как гамма-вспышки земного происхождения. Именно они, по мнению многих исследователей, и выводят из строя электронику спутников, находящихся на низких (150–300 км) околоземных орбитах.


ДЛИТЕЛЬНОЕ ВРЕМЯ никаких новых фундаментальных открытий в атмосферном электричестве не происходило, но благодаря наблюдениям, проведенным в 1989 году, выяснилось, что грозовые облака и разряды в них – намного более мощные источники энергии, чем представлялось ранее. 

Группа ученых из Миннесотского университета наблюдала за развитием крупных конвективных грозовых ячеек. Высокочувствительная телевизионная аппаратура, направленная на грозовое облако, зафиксировала кратковременные (до 30 миллисекунд) вспышки, поднимающиеся от верхушки облака до 65 км. С тех пор эльфы (так назвали это явление) регистрировались неоднократно – огромные, слабосветящиеся вспышки конусообразной формы, которые появляются из верхней части грозового облака (наковальни) и прямо связаны с ударами линейных и плоских молний. Высокоатмосферные вспышки представляют собой красноватые пятна овальной или конусообразной формы и располагаются над облаком группами или по отдельности. Эльфы очень высоки, макушки поднимаются до 95 км, при этом наиболее яркая область находится на высоте около 65–75 км (из-за нее создается впечатление, что молнии загораются выше облака, но это не так). Эльфы редко возникают в одиночку, чаще парами или тройками. Большие молнии при ближайшем рассмотрении – группа более маленьких одиночных собратьев. Длительность вспышки новых молний не превышает 5 миллисекунд. На этом открытия исследователей из Миннесотского университета не закончились. Вскоре ученые обнаружили похожие на эльфов всполохи синеватого цвета и назвали их джетами. Джеты появляются непосредственно из вершин облаков, как будто верхняя граница облака представляет для них «точку отсчета». Далее они стреляют сквозь стратосферу как бы сквозь узкие конусы со скоростью приблизительно 100 км/с.    

 

ПОСЛЕ ОБНАРУЖЕНИЯ ЭЛЬФОВ И ДЖЕТОВ стало понятно, что грозы намного интенсивнее влияют на средние и верхние слои атмосферы, чем считалось раньше. Современные исследования говорят о том, что эльфы возникают преимущественно в разрушающихся грозовых облаках и связаны с положительными разрядами молнии в отрицательно заряженную поверхность земли.

Обычно эльфов наблюдают ночью, так что интенсивность их сияния сравнивают с блеском звезд, находящихся рядом, – так принято в астрономии.

Для исследователей новые молнии до сих пор остаются «темными лошадками». Наверняка можно лишь сказать, что энергия эльфов превышает не только энергию одиночного молниевого разряда, но и, возможно, всю энергию грозового облака. И потому непонятно: то ли гроза провоцирует странные вспышки, то ли зарождающиеся эльфы инициируют грозу, то ли какой-то третий фактор является причиной возникновения грозового фронта и электроразрядов над ним…


Всего 0 комментариев
Комментарии
OK OK OK OK OK OK OK