Тайный код грозы: почему молнии бьют не так, как мы думали

Вы когда-нибудь задумывались, как возникают молнии? В новой статье профессора Виктора Паско из Университета штата Пенсильвания и его команды раскрывается тайна этого природного явления.

Исследователи выяснили, что мощные электрические поля в грозовых облаках ускоряют электроны, которые, сталкиваясь с молекулами кислорода и азота, производят рентгеновские лучи. Эти процессы запускают каскад электронов и высокоэнергетических фотонов — идеальные условия для возникновения молний.

Первое точное объяснение молний

"Наши результаты дают первое точное количественное объяснение того, как возникают молнии в природе. Она связывает точки между рентгеновскими лучами, электрическими полями и физикой электронных лавин", — говорит ученый.

Это открытие стало возможным благодаря математическому моделированию, которое подтвердило и объяснило наблюдения фотоэлектрических явлений в атмосфере Земли.

Земные гамма-вспышки и их природа

Явление, известное как земная гамма-вспышка, представляет собой естественные вспышки рентгеновского излучения и сопутствующее радиоизлучение, которые обычно остаются незамеченными. Профессор Пасько добавил, что используя нашу модель, которая воспроизводит условия, наблюдаемые в полевых условиях, мы дали полное объяснение рентгеновскому и радиоизлучению, присутствующему внутри грозовых облаков.

Исследователи применили свою модель для сопоставления полевых наблюдений, собранных другими учеными с помощью наземных датчиков и спутников, с условиями в моделируемых грозовых облаках.

"Мы объяснили, как происходят фотоэлектрические явления, какие условия должны быть в грозовых облаках, чтобы инициировать каскад электронов, и что является причиной широкого спектра радиосигналов, которые мы наблюдаем в облаках еще до удара молнии", — рассказали авторы исследования.

Уникальные свойства рентгеновских вспышек

Модель, известная как фотоэлектрический разряд с обратной связью, имитирует физические условия, в которых наиболее вероятно возникновение молний. Уравнения, использованные для создания модели, опубликованы в статье для других исследователей. Ученые также объяснили, почему вспышки земного гамма-излучения часто происходят без видимых признаков молний.

Высокоэнергетические рентгеновские лучи, создаваемые релятивистскими электронными лавинами, генерируют новые затравочные электроны, что быстро усиливает эти лавины. Это объясняет, почему вспышки гамма-излучения могут происходить из областей, которые выглядят оптически тусклыми и радиомолчаливыми.

Исследование профессора Паско и его коллег открывает новые горизонты в понимании молний и связанных с ними явлений. Это знание может помочь в разработке более точных методов предсказания гроз и молний, что, в свою очередь, повысит безопасность во время штормовой погоды.