Мониторинг гроз: российские учёные сгенерировали и изучили молнии в лабораторных условиях

Российские учёные из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) создали временну́ю карту электромагнитных излучений молнии. Физики в лабораторных условиях отследили, какие типы излучений сопровождают электрический разряд в атмосфере. Полученные данные применимы к реальным грозовым явлениям. Исследование поможет лучше понять механизмы развития электрических разрядов в грозовых облаках. Об этом RT сообщили в пресс-службе Российского научного фонда, который поддержал исследование. Результаты опубликованы в журнале Journal of Applied Physics.

Работа имеет важное практическое значение, поскольку молнии представляют большую опасность для авиации, надводных кораблей, чувствительной радиоаппаратуры и энергообъектов.

Как отмечают физики, грозы сопровождаются множеством разных электрических разрядов. Они, в свою очередь, являются источниками различных типов электромагнитного излучения. Они оказывают большое влияние на окружающую среду и жизнь человека. Эти процессы до сих пор окончательно не объяснены наукой. Дело в том, что их сложно отследить в природных условиях.

• Интегральное изображение свечения от результирующего канала пробоя
• © Егор Паркевич

Чтобы решить эту проблему, учёные сымитировали развитие молний на экспериментальной установке, которая позволяет генерировать электрические разряды длиной до 1 м при напряжениях в 1 млн вольт и токах порядка 1 кА. По словам физиков, параметры установки позволяют моделировать физические условия, близкие к натурным грозовым явлениям, а возникающий между электродами электрический разряд похож на разряд реальной молнии.

Также по теме

«Большой шаг вперёд»: российские учёные создали биосенсоры на основе меди для контроля качества питьевой воды

Специалисты Тульского государственного университета совместно с коллегами из других российских вузов создали миниатюрные биосенсоры...

За счёт этого физики смогли изучить процессы, которые развиваются во время молниевого разряда.

На первом этапе в молнии формируется обширная корона из стримеров (волн ионизированной плазмы. — RT). Затем стримеры устремляются от высоковольтного катода к заземлённому аноду.

В этот момент генерируется интенсивное излучение в диапазоне ближнего ультрафиолета, а также менее выраженное излучение в ближнем инфракрасном диапазоне. Одновременно учёные зафиксировали маломощное высокочастотное радиоизлучение в мегагерцевом диапазоне частот.

Картина резко меняется, когда с анода устремляются встречные стримеры. Они распространяются с колоссальной скоростью — порядка 10 тыс. км/с. Достигая катода, они формируют разветвлённую сеть плазменных каналов. 

В этот момент начинается генерация мощного сверхвысокочастотного гигагерцевого радиоизлучения и вырастает мощность радиоизлучения в мегагерцевом диапазоне частот. Всё это сопровождается короткой мощной вспышкой ближнего инфракрасного излучения, а также вспышками жёсткого рентгеновского излучения.

• Gettyimages.ru
• © George Lepp

На основе полученных данных авторы работы построили подробную временну́ю карту электромагнитных излучений, которые генерируются на разных стадиях развития молниевого разряда.

«Наши результаты позволяют глубже понять природу источников рентгеновского и широкополосных радиоизлучений, регистрируемых во время молниевых разрядов в атмосфере Земли. Получение целостной картины этих процессов важно для разработки многофункциональных систем молниезащиты и подавления электромагнитных помех. Мы также предполагаем, что на основе этих данных можно разработать новые подходы к мониторингу грозовых явлений, включая идентификацию их характеристик, активно используемых в современных системах грозопеленгации», — пояснил RT кандидат физико-математических наук, руководитель научной группы, старший научный сотрудник отдела физики высоких плотностей энергии ФИАН РАН Егор Паркевич.