Ученые провели исследование, в ходе которого выяснили, что наличие локализованных зон повышенной напряженности электрического поля при развитии отрицательных лидеров молнии способствует их ступенчатому распространению. В случае положительных лидеров таких областей практически нет, поэтому молнии в основном развиваются непрерывно. Понимание механизмов распространения молнии поможет улучшить методы её защиты.
Молниевый разряд представляет собой сложную систему плазменных каналов, через которые происходит перенос электрического заряда, подобно тому, как вода течет по трубам. То, что мы наблюдаем с большого расстояния и обычно называем молнией, на самом деле является лидерным каналом. Этот канал ярко светится и хорошо проводит ток благодаря своей высокой температуре, которая может достигать 30 000°С.
Лидерный канал заканчивается головкой, из которой выходят десятки миллионов стримеров, похожих на струйки воды. Каждый стример представляет собой холодный плазменный канал, который быстро затухает, отходя от лидерной головки. Совокупность стримеров образует стримерную корону перед головкой лидера. Именно в этой зоне находится основная физика, отвечающая за распространение лидерного канала, а значит, и за всю молнию.
Ученые из Института прикладной физики имени А. В. Гапонова-Грехова РАН разработали численную модель, которая помогла разобраться в причинах, почему распространение положительных и отрицательных лидеров молнии отличается. Оказалось, что это связано с разницей в распределении напряженности электрического поля в стримерных зонах. В зонах отрицательных молний уровень локальных всплесков электрического поля вдвое выше, чем у положительных. Это означает, что в отрицательных молниях присутствуют множество областей, внутри которых напряжение превышает порог пробоя воздуха, что обеспечивает ступенчатое развитие молний.
Положительные молнии имеют низкую вероятность появления подобных областей, поэтому в большинстве случаев они развиваются непрерывно. Понимание причин асимметрии распространения лидеров молнии различной полярности позволит совершенствовать методы защиты от молний.
Согласно словам научного сотрудника Института прикладной физики имени А.В. Гапонова-Грехова РАН Артема Сысоева, проведенное исследование показывает, как асимметрия полярностей положительных и отрицательных стримеров влияет на способы роста положительных и отрицательных лидеров молнии. Эксперт считает, что это яркий пример взаимосвязи между свойствами множества элементов сложной системы и поведением системы в целом.
«В дальнейшем мы планируем развить нашу модель, включив в нее ряд основных химических превращений, проходящих в разрядной плазме», - заключил он.