Ученые выяснили, почему молния бьет дважды в одно место

Ученый из Института прикладной физики РАН описал механизм, лежащий в основе структурной асимметрии молнии относительно смены полярности ее электрического тока. Асимметрия электрической полярности — важнейший аспект физики молнии, понимание которого необходимо для развития средств защиты объектов и населения от этого природного явления. Статья опубликована в журнале Atmospheric Research.

Структура молниевого разряда представляет собой сеть плазменных каналов, положительных и отрицательных лидеров, распространяющихся в противоположных направлениях от точки зарождения. Ранее считалось, что разряд развивается симметрично, при этом не учитывалась разницу между противоположными концами молнии. Считалось, что скорость роста одинакова на обоих полюсах, а распределение тока однородно. В такой системе точка нулевого заряда чехла лидерного канала — точка реверса — совпадает с точкой инициирования молниевой системы. Однако подвижность электронов более чем на два порядка выше подвижности ионов. Электроны оказываются единственным носителем заряда в молнии, и их поведение различается на противоположных концах системы. Исследователи из Института прикладной физики РАН доказали, что фундаментальным проявлением асимметрии молнии заключается в смещение ее точки реверса от места зарождения молнии в сторону развития положительного лидера.

«Молнию можно назвать саморазвивающейся транспортной системой. Ее рост связан с высоким значением электрического поля на ее концах. При этом критическая величина поля роста положительных лидеров меньше, чем на отрицательной периферии. Таким образом, молнии легче развиваться в положительном направлении, что и приводит к превышению полного тока на положительной периферии дерева разряда. Именно разница периферийных токов обеспечивает движение точки реверса», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Дмитрий Иудин.

Каждый год от грозовых разрядов гибнут и получают травмы тысячи человек. Молнии представляют угрозу также для штатной работы технических устройств, особенно уязвима современная слаботочная электроника. Это делает молнии вторым по опасности после наводнения природным явлением.

Понимание асимметричной динамики точки реверса помогает объяснить, в каких случаях молния бьет два раза в одном место. Когда положительный лидер направляется к земле, точка реверса тоже движется вниз и во время соприкосновения лидера с поверхностью находится на небольшой высоте. В случае в момент контакта с землей точка реверса находится высоко в облаке. После достижения лидером земли ионизационная волна обратного удара распространяется вверх и движется к точке реверса. В первом случае время волна обратного удара несет отрицательный заряд, «захватывает» точку реверса и ускоряет ее движение к земле. Таким образом, положительный разряд приводит к прекращению существования системы. В случае отрицательного волна обратного удара несет на землю положительный заряд, теряет свою силу, позднее «захватывает» точку реверса. При таком движении точки реверса запускается множество событий, среди которых запуск нового отрицательного лидера по старому каналу молнии.