Российские ученые сгенерировали и изучили молнии в лабораторных условиях

Авторы работы составили карту этих процессов, распределенных по времени в течение молниевой вспышки. Результаты исследования могут найти применение при мониторинге грозовых явлений для обеспечения безопасности полетов, пишет RT.

Российские ученые 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.

Чтобы решить эту проблему, ученые 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.

За счет 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 заземленному аноду.

В этот момент генерируется интенсивное излучение в диапазоне ближнего ультрафиолета, а также менее выраженное излучение в ближнем инфракрасном диапазоне. Одновременно ученые 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 разветвленную сеть плазменных каналов.

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

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.