Лінійна блискавка хмарна земля. Плазмоїдна "життя". Кульова блискавка. Що таке блискавка та чому виникає? Види блискавки

Молнія - гігантський електричний розряд в атмосфері, який зазвичай спостерігається під час грози. Виявляється яскравим спалахом світла та супроводжується громом. Сила струму в розряді блискавки досягає 10-300 тисяч ампер, напруга – від десятків мільйонів до мільярда вольт. Потужність розряду – від 1 до 1000 ГВт. І при цьому, блискавка - одне з найбільш вивчених природних явищ.
Як не дивно, але існує більше десяти різних видівблискавок, деякі з яких мають дуже оригінальний зовнішній вигляді дуже рідкісні. У цій добірці можна буде побачити їх практично усі.

Лінійна блискавка хмара-земля

Вчені вважають, що блискавки утворюються в результаті розподілу електронів у хмарі, зазвичай позитивно заряджений верх хмари, а негативно - з. В результаті отримуємо дуже потужний конденсатор, який може час від часу розряджатися в результаті стрибкоподібного перетворення звичайного повітря в плазму (це відбувається через все сильнішу іонізацію атмосферних шарів, близьких до грозових хмар). До речі, температура повітря в місці проходження заряду (блискавки) досягає 30 тисяч градусів, а швидкість розповсюдження блискавки – 200 тисяч кілометрів на годину.

Блискавка земля-хмара

Утворюються вони в результаті електростатичного заряду, що накопичується на вершині найвищого об'єкта на землі, що робить його вельми «привабливим» для блискавки. Такі блискавки утворюються в результаті пробивання повітряного прошарку між вершиною зарядженого об'єкта і нижньою частиною грозової хмари.

Блискавка хмара-хмара

Оскільки верхня частина хмари заряджена позитивно, а нижня - негативно, грозові хмари, що стоять поруч, можуть прострілювати електричними зарядами один одного.

Горизонтальна блискавка

Горизонтальна блискавка. Ця блискавка не б'є в землю, вона поширюється горизонтальною площиною по небу. Іноді така блискавка може поширюватися чистому небу, Виходячи від однієї грозової хмари. Такі блискавки дуже потужні та дуже небезпечні.

Стрічкова блискавка

Стрічкова блискавка - кілька однакових зигзагоподібних розрядів від хмар до землі, паралельно зміщених щодо один одного з невеликими проміжками або без них.

Чіткова (пунктирна блискавка)

Рідкісна форма електричного розряду при грозі, у вигляді ланцюжка з крапок, що світяться. Час існування чіткої блискавки 1-2 секунди. Примітно, що траєкторія блискавки нерідко має хвилеподібний характер. На відміну від лінійної блискавки, слід чіткої блискавки не гілкується - це є відмінною особливістю цього виду.

Шторова блискавка

Шторова блискавка виглядає як широка вертикальна смуга світла, що супроводжується низьким тихим гулом.

Об'ємна блискавка

Об'ємна блискавка - білий або червонуватий спалах при низькій напівпрозорій хмарності, з сильним звуком тріску "звідусіль". Найчастіше спостерігається перед основною фазою грози.

Ельфи

Ельфи являють собою величезні спалахи-конуси, що слабо світяться, діаметром близько 400 км, які з'являються безпосередньо з верхньої частини грозової хмари. Висота ельфів може досягати 100 км, тривалість спалахів – до 5 мс (у середньому 3 мс)

Джети

Джети є трубки-конуси синього кольору. Висота джетів може досягати 40-70 км (нижня межа іоносфери), живуть джети відносно довше ельфів.

Спрайти

Спрайти - якась подібність блискавки, що б'є з хмари нагору. Вперше це явище було зафіксовано у 1989 році випадково. Зараз про фізичну природу спрайтів відомо дуже мало.

Кульові блискавки

Шарова блискавка - плазмова куля, що світиться плаває в повітрі, унікально рідкісне природне явище. Єдиної фізичної теорії виникнення та перебігу цього явища до теперішнього часу не представлено.
Деякі люди стверджують, що кульових блискавок не буває. Інші розміщують відео кульових блискавок на YouTube та доводять, що все це – реальність. Загалом, вчені поки що твердо не впевнені в існуванні кульових блискавок.

Однак мій дідусь стверджував, що його односельець загинув на його очах, коли під сильним шофе вирішив прикурити від блискавки...

Вогні Святого Ельму

Вогні Святого Ельма - розряд у формі пучків або пензликів, що світяться (або коронний розряд), що виникає на гострих кінцях високих предметів (вежі, щогли, самотньо стоять дерева, гострі вершини скель тощо) при великій напруженості електричного поля в атмосфері. Вони утворюються в моменти, коли напруженість електричного поля в атмосфері у вістря досягає величини близько 500 В/м і вище, що найчастіше буває під час грози або наближення, і взимку під час хуртовин.

Вулканічні блискавки

За одним із численних припущень вчених вулканічні блискавки виникають внаслідок того, що бульбашки магми, що викидаються вгору, або вулканічний попіл несуть електричний заряд, і за їхнього руху виникають розділені області. Крім цього, висувається припущення, що вулканічні блискавки можуть бути викликані зарядом зіткнення, що наводять, у вулканічному пилу.

Блискавка - гігантський електричний розряд в атмосфері, який зазвичай спостерігається під час грози. Виявляється яскравим спалахом світла та супроводжується громом. Сила струму в розряді блискавки сягає 10-300 тисяч ампер, напруга – від десятків мільйонів до мільярда вольт. Потужність розряду – від 1 до 1000 ГВт. І при цьому, блискавка - одне з найбільш вивчених природних явищ.
Як не дивно, але існує більше 10 різних видів блискавок, деякі з яких мають оригінальний зовнішній вигляд і вкрай рідкісні. У цій добірці можна побачити їх практично всі.

1. Лінійна блискавка хмара-земля
Вчені вважають, що блискавки утворюються в результаті розподілу електронів у хмарі, зазвичай позитивно заряджений верх хмари, а негативно низ. В результаті отримуємо дуже потужний конденсатор, який може час від часу розряджатися в результаті стрибкоподібного перетворення звичайного повітря в плазму (це відбувається через все сильнішу іонізацію атмосферних шарів, близьких до грозових хмар). До речі, температура повітря в місці проходження заряду (блискавки) досягає 30 тисяч градусів, а швидкість розповсюдження блискавки – 200 тисяч кілометрів на годину.

2.Блискавка земля-хмара

3. Блискавка хмара-хмара

4. Горизонтальна блискавка

5. Стрічкова блискавка

6. Чіткова (пунктирна блискавка)

7. Шторова блискавка

8. Об'ємна блискавка

9. Ельфи

10. Джети

11. Спрайти

12. Кульові блискавки

13. Вогні Святого Ельму

14. Вулканічні блискавки

Давні люди далеко не завжди вважали грозу і блискавку, а також розгром грому, що супроводжував їх, проявом гніву богів. Наприклад, для еллінів грім і блискавка були символами верховної влади, тоді як етруски вважали їх знаменнями: якщо спалах блискавки був помічений зі східного боку, це означало, що все буде добре, а якщо сяяла на заході чи північному заході – навпаки.

Ідею етрусків перейняли римляни, які були переконані, що удар блискавки з правого боку є достатньою підставою для відкладення всіх планів на добу. Цікаве трактування небесних іскор було в японців. Дві ваджри (блискавки) вважалися символами Айдзен-мео, бога співчуття: одна іскра була на голові божества, іншу він тримав у руках, придушуючи нею всі негативні бажання людства.

Блискавка - це величезних розмірів електричний розряд, який завжди супроводжується спалахом і громовими гуркотами (в атмосфері чітко проглядається сяючий канал розряду, що нагадує дерево). При цьому спалах блискавки майже ніколи не буває один, за ним зазвичай слідує дві, три, нерідко доходить і до кількох десятків іскор.

Ці розряди майже завжди утворюються в купово-дощових хмарах, іноді – у шарувато-дощових хмарах великих розмірів: верхня межа нерідко сягає семи кілометрів над поверхнею планети, тоді як нижня частина може майже торкатися землі, не перевищуючи п'ятисот метрів. Блискавки можуть утворюватися як в одній хмарі, так і між електризованими хмарами, що знаходяться поруч, а також між хмарою і землею.

Складається грозова хмара з великої кількості пари, сконденсованої у вигляді крижинок (на висоті, що перевищує три кілометри, це практично завжди крижані кристали, оскільки температурні показники тут не піднімаються вище нуля). Перед тим як хмара стає грозової, всередині неї починають активний рух крижані кристали, при цьому рухатися їм допомагають потоки теплого повітря, що висходять з нагрітої поверхні.

Повітряні маси захоплюють у себе вгору дрібніші крижинки, які під час руху постійно наштовхуються більші кристали. Через війну кристали менших розмірів виявляються зарядженими позитивно, більші – негативно.

Після того, як маленькі крижані кристали збираються нагорі, а великі – знизу, верхня частина хмари виявляється позитивно зарядженою, нижня – негативно. Таким чином, напруженість електричного поля в хмарі досягає надзвичайно високих показників: мільйон вольт на один метр

Коли ці протилежно заряджені області стикаються один з одним, у місцях зіткнення іони та електрони утворюють канал, яким вниз спрямовуються всі заряджені елементи і утворюється електричний розряд – блискавка. У цей час виділяється настільки потужна енергія, що її сили цілком вистачило б на те, щоб протягом 90 днів живити лампочку потужністю 100 Вт.

Канал розжарюється майже до 30 тис. градусів Цельсія, що вп'ятеро перевищує температурні показники Сонця, утворюючи яскраве світло (спалах зазвичай триває лише три чверті секунди). Після утворення каналу грозова хмара починає розряджатися: за першим розрядом йдуть дві, три, чотири і більше іскор.

Удар блискавки нагадує вибух і викликає утворення ударної хвилі, надзвичайно небезпечної для будь-якої живої істоти, яка опинилася біля каналу. Ударна хвиля найсильнішого електричного розряду за кілька метрів від себе цілком здатна зламати дерева, травмувати чи контузити навіть без прямого ураження електрикою:

• На відстані до 0,5 м до каналу блискавка здатна зруйнувати слабкі конструкції та травмувати людину;
• На відстані до 5 метрів будівлі залишаються цілими, але можуть вибити вікна і оглушити людину;
• На великих відстанях ударна хвиля негативних наслідків не несе і переходить у звукову хвилю, відому як громові гуркіт.

Гуркіт грому

Через кілька секунд після того, як був зафіксований удар блискавки через різке підвищення тиску вздовж каналу, атмосфера розжарюється до 30 тис. градусів Цельсія. Внаслідок цього виникають вибухоподібні коливання повітря і виникає грім. Грім і блискавка тісно взаємопов'язані один з одним: довжина розряду нерідко становить близько восьми кілометрів, тому звук із різних його ділянок доходить до різний час, утворюючи громові гуркіти.

Цікаво, що вимірюючи час, що минув між громом та блискавкою, можна дізнатися, наскільки далеко знаходиться епіцентр грози від спостерігача.

Для цього потрібно помножити час між блискавкою та громом на швидкість звуку, який становить від 300 до 360 м/с (наприклад, якщо проміжок часу становить дві секунди, епіцентр грози знаходиться трохи більше ніж за 600 метрів від спостерігача, а якщо три – на відстані кілометра). Це допоможе визначити, чи видаляється чи наближається гроза.

Дивовижна вогненна куля

Одним з найменш вивчених, а тому найбільш таємничих явищ природи вважається кульова блискавка – плазмова куля, що пересувається повітрям. Загадковий він тому, що принцип формування кульової блискавки невідомий і донині: незважаючи на те, що існує велика кількість гіпотез, що пояснюють причини появи цього дивовижного явища природи, на кожну з них знайшлися заперечення. Вченим так і не вдалося досвідченим шляхом досягти утворення кульової блискавки.

Куляста блискавка здатна існувати тривалий час і переміщатися непрогнозованою траєкторією. Наприклад, вона цілком здатна зависати кілька секунд у повітрі, після чого кинутися убік.

На відміну від простого розряду, плазмова куля завжди буває одна: поки не було одночасно зафіксовано двох і більше вогняних блискавок. Розміри кульової блискавки коливаються від 10 до 20 см. Для кульової блискавки характерні білий, помаранчевий або блакитний тони, хоча нерідко трапляються й інші кольори, аж до чорного.

Вчені ще не визначили температурні показники кульової блискавки: незважаючи на те, що вона за їх підрахунками повинна коливатися від ста до тисячі градусів Цельсія, люди, які знаходилися недалеко від цього феномену, не відчували теплоти, що походила від кульової блискавки.

Основна труднощі щодо цього феномена у тому, що зафіксувати його поява вченим вдається рідко, а показання очевидців часто ставлять під сумнів те що, що спостерігається ними явище справді було кульовою блискавкою. Насамперед, розходяться свідчення щодо того, в яких умовах вона з'явилася: переважно її бачили під час грози.

Існують також свідчення, що кульова блискавка може з'являтися і в погожий день: спуститися з хмар, виникнути в повітрі або з'явитися через якийсь предмет (дерева чи стовп).

Ще однією характерною особливістю кульової блискавки є її проникнення в закриті кімнати, була помічена навіть у кабінах пілотів (вогненна куля може проникати через вікна, спускатися вентиляційними каналами і навіть вилітати з розеток або телевізора). Також були неодноразово задокументовані ситуації, коли плазмова куля закріплювалася на одному місці і постійно там з'являлася.

Нерідко поява кульової блискавки не викликає неприємностей (вона спокійно рухається в повітряних потоках і через якийсь час відлітає чи зникає). Але, були помічені і сумні наслідки, коли вона вибухала, моментально випаровуючи рідину, що знаходиться неподалік, плавлячи скло і метал.

Можливі небезпеки

Оскільки поява кульової блискавки завжди несподівано, побачивши біля себе цей унікальний феномен, головне не впадати в паніку, різко не рухатися і нікуди не бігти: вогняна блискавка дуже сприйнятлива до коливань повітря. Необхідно тихо піти з траєкторії руху кулі та постаратися триматися від неї якнайдалі. Якщо людина знаходиться в приміщенні, потрібно потихеньку дійти до віконного отвору і відкрити кватирку: відомо чимало історій, коли небезпечна куля залишала квартиру.

У плазмову кулю нічого не можна кидати: вона цілком здатна вибухнути, а це загрожує не тільки опіками або втратою свідомості, але зупинкою серця. Якщо ж трапилося так, що електрична куля зачепила людину, потрібно перенести її в кімнату, що провітрюється, тепліше укутати, зробити масаж серця, штучне дихання і відразу ж викликати лікаря.

Що робити у грозу

Коли починається гроза і ви бачите наближення блискавки, потрібно знайти укриття та сховатися від негоди: удар блискавки нерідко смертельний, а якщо люди й виживають, то часто лишаються інвалідами.

Якщо ж ніяких споруд поблизу немає, а людина в цей час у полі, вона повинна враховувати, що від грози краще сховатися в печері. А ось високих дерев бажано уникати: блискавка зазвичай мітить у найбільшу рослину, а якщо дерева мають однакову висоту, то потрапляє у те, що краще проводить електрику.

Щоб захистити будову або конструкцію від блискавки, що окремо стоїть, біля них зазвичай встановлюють високу щоглу, нагорі якої закріплений загострений металевий стрижень, надійно з'єднаний з товстим проводом, на іншому кінці знаходиться закопаний глибоко в землю металевий предмет. Схема роботи проста: стрижень від грозової хмари завжди заряджається протилежною хмарою зарядом, яка, стікаючи по дроту під землю, нейтралізує заряд хмари. Цей пристрій називається громовідвід та встановлюється на всіх будинках міст та інших людських поселень.

Молінія - гігантський електричний іскровий розряд в атмосфері, зазвичай може відбуватися під час грози, що проявляється яскравим спалахом світла і супроводжуючим її громом. Блискавки також були зафіксовані на Венері, Юпітері, Сатурні та Урані та ін. Струм у розряді блискавки досягає 10-100 тисяч ампер, напруга - від десятків мільйонів до мільярдів вольт, проте гине після влучення блискавки в людину лише 47,3 % людей

Історія:
Електрична природа блискавки була розкрита в дослідженнях американського фізика Б. Франкліна, за ідеєю якого було проведено досвід із вилучення електрики з грозової хмари. Широко відомий досвід Франкліна щодо з'ясування електричної природи блискавки. В 1750 їм опублікована робота, в якій описаний експеримент з використанням повітряного змія, запущеного в грозу. Досвід Франкліна був описаний у роботі Джозефа Прістлі.

Фізичні властивості блискавки:

Середня довжина блискавки 2,5 км, деякі розряди тягнуться в атмосфері на відстань до 20 км.

Формування блискавки:
Найчастіше блискавка виникає у купово-дощових хмарах, тоді вони називаються грозовими; іноді блискавка утворюється в шарувато-дощових хмарах, а також при вулканічних виверженнях, торнадо та пилових бурях.

Зазвичай спостерігаються лінійні блискавки, які належать до так званих безелектродних розрядів, оскільки вони починаються (і закінчуються) у скупченнях заряджених частинок. Це визначає їх деякі досі не пояснені властивості, що відрізняють блискавки від розрядів між електродами. Так, блискавки не бувають коротшими за кілька сотень метрів; вони виникають в електричних полях значно слабших, ніж поля при міжелектродних розрядах; збір зарядів, що переносяться блискавкою, відбувається за тисячні частки секунди з мільярдів дрібних, добре ізольованих один від одного частинок, розташованих в об'ємі кількох км. Найбільш вивчений процес розвитку блискавки в грозових хмарах, при цьому блискавки можуть проходити в самих хмарах - блискавки внутріхмарні, а можуть ударяти в землю - наземні блискавки. Для виникнення блискавки необхідно, щоб у відносно малому (але не менше деякого критичного) обсягу хмари утворилося електричне поле (див. атмосферну електрику) з напруженістю, достатньою для початку електричного розряду (~ 1 МВ/м), а в значній частині хмари існувало б поле із середньою напруженістю, достатньої підтримки початку розряду (~ 0,1-0,2 МВ/м). У блискавці електрична енергія хмари перетворюється на теплову, світлову та звукову.

Наземні блискавки:
Процес розвитку наземної блискавки складається із кількох стадій. На першій стадії, в зоні, де електричне поле досягає критичного значення, починається ударна іонізація, що створюється спочатку вільними зарядами, що завжди є в невеликій кількості в повітрі, які під дією електричного поля набувають значних швидкостей у напрямку до землі і, стикаючись з молекулами, складовими повітря, іонізують їх.

За найсучаснішими уявленнями, іонізація атмосфери для проходження розряду відбувається під впливом високоенергетичного космічного випромінювання - частинок з енергіями 1012-1015 еВ, що формують широку атмосферну зливу (ШАЛ) зі зниженням пробивної напруги повітря на порядок від такої за нормальних умов.

За однією з гіпотез, частки запускають процес, який отримав назву пробою на електронах, що втікають («спусковим гачком» процесу при цьому є космічні промені). Таким чином виникають електронні лавини, що переходять у нитки електричних розрядів - стримери, що є добре провідними каналами, які, зливаючись, дають початок яскравому термоіонізованому каналу з високою провідністю - ступінчастому лідеру блискавки.

Рух лідера до земної поверхнівідбувається ступенями кілька десятків метрів зі швидкістю ~ 50 000 кілометрів на секунду, після чого його рух припиняється на кілька десятків мікросекунд, а світіння сильно слабшає; потім у наступній стадії лідер знову просувається на кілька десятків метрів. Яскраве світіння охоплює у своїй всі пройдені щаблі; потім знову зупинка і ослаблення світіння. Ці процеси повторюються під час руху лідера до землі із середньою швидкістю 200 000 метрів на секунду.

У міру просування лідера до землі напруженість поля на його кінці посилюється і під його дією з виступаючих на поверхні Землі предметів викидається стример у відповідь, що з'єднується з лідером. Ця особливість блискавки використовується для створення блискавковідводу.

У заключній стадії по іонізованому лідером каналу слід зворотний (знизу вгору), або головний, розряд блискавки, що характеризується струмами від десятків до сотень тисяч ампер, яскравістю, що помітно перевищує яскравість лідера, і великою швидкістю просування, що спочатку доходить до ~ 100 000 , а в кінці зменшується до ~ 10 000 кілометрів на секунду. Температура каналу за головного розряду може перевищувати 20000-30000 °C. Довжина каналу блискавки може бути від 1 до 10 км, діаметр – кілька сантиметрів. Після проходження імпульсу струму іонізація каналу та його світіння слабшають. У фінальній стадії струм блискавки може тривати соті і навіть десяті частки секунди, досягаючи сотень і тисяч ампер. Такі блискавки називають затяжними, вони найчастіше викликають пожежі. Але земля не є зарядженою, тому прийнято вважати, що розряд блискавки походить від хмари у напрямку до землі (згори донизу).

Головний розряд розряджає нерідко лише частину хмари. Заряди, розташовані на великих висотах, можуть дати початок новому (стрілоподібному) лідеру, що безперервно рухається зі швидкістю в тисячі кілометрів в секунду. Яскравість його світіння близька до яскравості східчастого лідера. Коли стрілоподібний лідер доходить до поверхні землі, слідує другий головний удар, подібний до першого. Зазвичай блискавка включає кілька повторних розрядів, але їх кількість може сягати кількох десятків. Тривалість багаторазової блискавки може перевищувати 1 сек. Зміщення каналу багаторазової блискавки вітром створює так звану стрічкову блискавку - смугу, що світиться.

Внутрішньохмарні блискавки:
Внутрішньохмарні блискавки включають зазвичай лише лідерні стадії; їхня довжина коливається від 1 до 150 км. Частка внутрішньохмарних блискавок зростає зі зсувом до екватора, змінюючись від 0,5 в помірних широтах до 0,9 в екваторіальній смузі. Проходження блискавки супроводжується змінами електричних та магнітних полів та радіовипромінюванням, так званими атмосфериками.
Політ з Калькутти до Мумбаї.

Імовірність ураження блискавкою наземного об'єкта зростає в міру збільшення його висоти та зі збільшенням електропровідності ґрунту на поверхні або на деякій глибині (на цих факторах заснована дія громовідводу). Якщо в хмарі існує електричне поле, достатнє для підтримки розряду, але недостатнє для виникнення, роль ініціатора блискавки може виконати довгий металевий трос або літак - особливо, якщо він сильно електрично заряджений. Таким чином іноді «провокуються» блискавки в шарувато-дощових та потужних купових хмарах.

Блискавки у верхній атмосфері:
У 1989 році було виявлено особливий вид блискавок – ельфи, блискавки у верхній атмосфері. У 1995 році було відкрито інший вид блискавок у верхній атмосфері – Джети.

Ельфи:
Ельфи (англ. Elves; Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse Sources) являють собою величезні спалахи-конуси, що слабо світяться, діаметром близько 400 км, які з'являються безпосередньо з верхньої частини грозової хмари. Висота ельфів може досягати 100 км, тривалість спалахів – до 5 мс (в середньому 3 мс).

Джети:
Джети є трубки-конуси синього кольору. Висота джетів може досягати 40-70 км (нижня межа іоносфери), живуть джети відносно довше ельфів.

Спрайти:
Спрайти важко помітні, але вони з'являються майже будь-якої грози на висоті від 55 до 130 кілометрів (висота утворення «звичайних» блискавок - не більше 16 кілометрів). Це якась подоба блискавки, що б'є з хмари нагору. Вперше це явище було зафіксовано у 1989 році випадково. Зараз про фізичну природу спрайтів відомо дуже мало)