Материалы портала «Научная Россия»

Сталкеры — внутриоблачные предшественники молнии

Обнаружение разрядов нового типа внутри искусственного облака заряженного водного аэрозоля, регистрация их структуры и установление их связи с формированием лидерных разрядов было признано одним из лучших научных результатов ИПФ РАН в 2014 году.

Изучение молнии даже в рамках научного подхода имеет очень долгую историю. Начиная с самых первых попыток ее изучения и заканчивая современным состоянием этой области научного знания, экспериментальные данные о молнии опираются, главным образом, на наблюдения ее проявлений в собственном излучении в видимом диапазоне  электромагнитных волн. При этом начальный этап развития молнии, протекающий внутри грозового облака, – зарождение лидера и формирование сети разрядных каналов, обеспечивающих сбор заряда с большого объема облака в канал молнии, был и остается недоступным для наблюдений, поскольку электромагнитное излучение видимого диапазона сильно рассеивается в облачной среде. Значительная часть информации о физическом механизме молниевого разряда была получена лабораторным путем, и вся она относится к той его части, который протекает снаружи грозового облака. Процессы же, происходящие внутри облака, для таких исследований оставались, по-прежнему, недоступными.

В настоящее время развивается техника регистрации разрядов внутри грозовых облаков по импульсам их электромагнитного излучения в дециметровом диапазоне длин волн, для которого облачная среда прозрачна. Но эта диагностика пока не дает ясного понимания источников регистрируемого излучения и их связи с основными элементами молниевого разряда (лидером, стримерной короной и чехлом лидера).  

Последние три десятилетия ведутся исследования разрядов, возникающих в искусственном заряженном облаке водного аэрозоля, призванном промоделировать среду грозового облака. В таких экспериментах удалось наблюдать некоторые разрядные процессы, происходящие вне облака, свойственные естественной молнии и отсутствующие в электродных искровых разрядах. Но развитие разряда внутри искусственного облака оставалось до настоящего времени не изученным по той же причине, что и в естественных грозовых облаках, - из-за сильного рассеяния излучения видимого диапазона в облаке.

Одна из установок с искусственным заряженным аэрозольным облаком (рис.1) была создана на высоковольтном стенде Истринского филиала Всероссийского энергетического института (ВЭИ) В.С.Сысоевым, Л.М.Макальским и Д.И.Сухаревским. На этой установке искусственное заряженное облако водного аэрозоля генерируется посредством конденсации в расширяющейся струе водяного пара, проходящей через коронный разряд. Средний диаметр капель в этом облаке ~ 1 мкм. Такие капли сильно рассеивают электромагнитное излучение видимого диапазона, но имеют сравнительно небольшое сечение рассеяния для инфракрасного излучения, длина волны которого намного превышает размер капель. Это обстоятельство мы использовали в недавних совместных экспериментах ИПФ РАН и ВЭИ (с участием также В.А.Ракова - профессора Университета Флорида, США, являющегося в настоящее время научным руководителем выполняемого в ИПФ РАН мега-гранта "Молнии и грозы: физика и эффекты", и А.Ю.Костинского из ВШЭ), чтобы увидеть разряды внутри искусственного заряженного облака водного аэрозоля. Мы применили ИК видеокамеру, чувствительную к электромагнитному излучению с длинами волн в диапазоне 5 – 7 мкм. Для такого излучения искусственное облако было серым телом. Контраст изображения разрядов на фоне теплового излучения облака был невысоким, но большой динамический диапазон камеры в сочетании с обработкой изображений (вычитание предыдущего кадра и усиление контраста) позволили нам получить довольно качественные детальные изображения внутриоблачных разрядов. Заметим, что размер капель в натурных облаках составляет в среднем десятки микрометров, и облака должны быть непрозрачны во всем ИК диапазоне.

 

 

 

Рис.1. Генератор заряженного облака водного аэрозоля на высоковольтном стенде в г. Истра.

  

 

Рис.2. Отрицательно заряженное облако. Справа внизу - верхняя часть канала восходящего положительного лидера, стартовавшего от заземленного металлического шарика. Слева вверху - множество сталкеров в виде метлы. Лидер и сталкеры взаимодействуют посредством множества стримеров.

 

На изображениях обычных (возникающих вне облака) стримерных и лидерных разрядов, получаемых с помощью ИК камеры, хорошо видны система нагретых каналов ветвящихся лидеров, их стримерные зоны  и пучки стримерных вспышек от электродов. Внутри облака в ИК изображениях помимо положительных и отрицательных лидеров с их стримерными зонами, подобных обычным (вне облака) лидерным разрядам, наблюдаются разрядные каналы, отличающиеся  по форме и свойствам от обычных лидерных и стримерных разрядов. Мы назвали этот новый вид разрядов – сталкеры. Естественно ожидать, что так же как лабораторный искровой разряд во многих своих свойствах подобен молнии, так и сталкеры – разряды, появляющиеся внутри искусственного заряженного облака, - подобны разрядам, генерируемым внутри грозовых облаков. На рис.2 приведен один кадр ИК камеры, на котором

 

 

 

Рис.3. 1 – центральный плазменный канал (сталкер), 2  – отрицательный лидер, 3 – ветвящейся вниз сталкер, 4 – нисходящий положительный лидер, 5 – положительная стримерная корона.

Большая часть разряда находится внутри облака и не фиксируется в видимом диапазоне.

 

 

запечатлена находящаяся внутри облака верхняя часть канала положительного лидера, восходящего от заземленного металлического шарика, сеть сталкеров ближе к центру облака и слабосветящиеся потоки стримеров, соединяющих сталкеры с искровым каналом. В этом эпизоде появление сталкеров в облаке было инициировано приближением к облаку восходящего лидера, хотясталкеры могут рождаться и в отсутствие лидерных разрядов. Более того, сталкеры способны порождать лидерные разряды. Пример такого события показан на рис.3. Сталкер, появившийся внутри положительно заряженного облака, дает начало положительному  и отрицательному лидерам, формирующимся на противоположных концах сталкера. Отрицательный лидер уходит вверх, к вершине облака, а положительный - вниз, к земле, и выходит из облака. В тех случаях, когда положительный лидер достигает земли, происходит обратный удар и формируется завершенный искровой разряд, снимающий значительную часть заряда облака. Очень вероятно, что подобным образом начинаются и молниевые разряды в грозовых облаках.

Исследование сталкеров может дать ответ на многие нерешенные до настоящего времени вопросы, касающиеся инициации и формирования молниевого разряда в грозовом облаке на его ранней стадии -  до того момента, когда уже сформировавшийся лидер молнии выйдет из облака и станет доступен традиционным наблюдениям. 

Обнаружение разрядов нового типа внутри искусственного облака заряженного водного аэрозоля, регистрация их структуры и установление их связи с формированием лидерных разрядов было признано одним из лучших научных результатов ИПФ РАН в 2014 году.

 

Научный сотрудник отдела

геофизической электродинамики ИПФ РАН

Н. А. Богатов.

внутриоблачный разряд высоковольтный стенд вэи генератор заряженного облака грозовое облако институт прикладной физики ран искусственное облако истринский филиал всероссийского энергетического института коронный разряд лидерные разряды мега-грант "молнии и грозы_физика и эффекты" молниевый разряд молния отдел геофизической электродинамики ипф ран сталкеры стримерные разряды

Назад

Социальные сети

Комментарии

  • Александр, 11 апреля 2015 г. 11:45:28

    Все заблуждения в современной науке обусловлены неправильно интерпретацией результатов наблюдений и экспериментов. Ученые ведь даже не знают, что такое электрический ток, они как обычно всегда и все пытаются объяснить через жопу. Вот они утверждают, что проводниками являются вещества, имеющие много свободных электронов. Но если электроны свободны, то какого черта они в этом веществе делают? Они что, не знают, что одноименные заряды отталкиваются и что должны разлететься в разные стороны этими силами отталкивания.
    А если они несвободны, а привязаны к атомам, то своими силами отталкивания они не дадут двигаться электронам из источника тока. Чтобы преодолеть их силы отталкивания, придется приложить к веществу очень большую разность потенциалов. То есть это вещество будет являться диэлектриком.
    И наоборот, в веществах, обедненным электронами, их движение ничем не тормозится и возможно под действием даже очень небольшой разности потенциалов. То есть, по сути это вещество является проводником.
    Так что вопреки утверждениям псевдоученых, все получается с точностью наоборот.
    И именно потому, что в металлах содержание электронов мало, металлы не бывают прозрачными. Все фотоны, а это быстро движущиеся электроны, поглощаются (задерживаются) атомами. https://yadi.sk/i/_-4uMs4GfuocM

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий