Физики впервые запечатлели раскаты грома

Учёные из Юго-Западного исследовательского института в США и их коллеги из Австралии создали первые снимки раскатов грома. Команда физиков визуализировала звуковые волны, генерируемые искусственно созданной молнией. Исследователи утверждают, что их подход поможет ответить на нерешённые вопросы о природе этого феномена.

Статистика гласит, что разряд молнии ударяет в землю в среднем четыре миллиона раз в день. Но даже несмотря на частоту этого явления, учёные до сих пор не до конца разобрались в природе грозы.

"Мы понимаем общую механику возникновения грома во время грозы, но не до конца осознаём, какие конкретные физические процессы сопровождают это явление. Также необходимо разобраться в том, как возникают молнии, что контролирует их движение сквозь атмосферу и как молнии поражают объекты на Земле", — рассказывает ведущий автор нового исследования Махер Даех (Maher Dayeh).

Формирование молнии начинается с наращивания электростатических зарядов в грозовых облаках. В определённый момент начинают формироваться каналы из отрицательно заряженного ионизированного воздуха, которые "растут" по направлению к Земле. Когда эти каналы достигают земли, то создаётся "мост" с низким сопротивлением, и положительно заряженные ионы (скопившиеся под грозовой тучей на поверхности) устремляются по нему вверх. Возникает молния, или разряд.

"Когда молния бьёт по чему-то на земле, то протекающий электрический ток нагревает воздушный канал до 27760 °С. Горячий канал быстро расширяется, в результате чего мы слышим гром", — рассказывает Джозеф Двайер (Joseph Dwyer) из Университета Нью-Гемпшира, соавтор исследования.

Чтобы изучить явление грома в подробностях, исследователи создали искусственную грозу на площадке в Международном центре изучения молний в штате Флорида, США. Для создания проводящего канала молнии физики запускали микроракеты в проходящие грозовые облака. Ракеты тащили за собой длинные медные провода, которые сработали как проводящий канал, через который должен был произойти разряд. Именно на этом канале физики и сконцентрировали внимание своих измерительных приборов.

Даех и его коллеги стремились записать акустическую подпись грома, и для того создали массив из 16 микрофонов, каждый из которых располагался на расстоянии метра от соседнего. Микрофоны выстроили в 95 метрах от площадки запуска ракет, куда должна была "ударить молния".

После каждого удара компьютер использовал методики постобработки для преобразования акустической записи в вертикальный профиль молнии и грома.

В ходе своей работы физики зарегистрировали девять случаев генерации грома и определили, что наиболее громкий раскат возникает в том месте, где разряд "касается" поверхности Земли.

Результаты эксперимента учёные описали в статье, принятой к публикации в журнал Geophysical Research Letters. Также итоги исследования будут представлены на ежегодном собрании Объединённой Ассамблеи (2015 Joint Assembly), которое пройдёт в Монреале, Канада.

Как рассказывается в пресс-релизе, в настоящее время учёные дорабатывают свою методику исследования, чтобы продолжить изучение природы грозы. В ближайшем будущем они планируют поставить эксперимент с генерацией более естественной, извилистой зигзагообразной молнии. В таком опыте можно будет изучить в отдельности разные компоненты молнии, такие как импульсы тока и каналы разряда, и проанализировать их индивидуальные акустические сигналы.