Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Ученые впервые смоделировали возрождение ранее затухшего канала молнии
Исследователи предложили численную модель, объясняющую, как в молниях возникают лидеры отдачи — скоротечные электрические разряды, которые дают вторую жизнь ранее обесточенным молниевым каналам. Оказалось, что их появление становится возможным благодаря перезарядке молниевой сети, которая важна для поддержания молниевого разряда. Полученные данные позволят лучше понять природу молнии и могут использоваться для улучшения систем защиты от грозовых разрядов.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Atmospheric Research.
Молния представляет собой сложную систему проводящих каналов, структура и особенности развития которых до сих пор далеки от полного понимания. Молнии принципиально отличаются от лабораторных лидеров — горячих хорошо проводящих плазменных каналов, которые обязательно несут какой-то один заряд — положительный или отрицательный. Разветвленная сеть молнии способна поддерживать нулевой суммарный заряд благодаря постоянному перераспределению положительных и отрицательных зарядов.
Так, в случае доходящих до земли молниевых разрядов отрицательные заряды обычно концентрируются в нижней части канала молнии, направленной к земле, тогда как положительный «полюс» находится в облаке. Между этими зонами находится нейтральная точка или точка реверса — область, где происходит смена положительного заряда на отрицательный или наоборот. Смещение точки реверса в процессе развития молнии меняет распределение электрического потенциала вдоль канала и, как было показано, запускает появление так называемых транзиентов (скоротечных лидерных процессов) молнии.
Наиболее ярким и хорошо изученным примером таких переходных процессов, которые связаны с реактивацией ранее затухших ветвей молнии, являются лидеры отдачи. Они представляют собой биполярные лидерные каналы, возникающие вблизи головки ранее затухшего положительного лидера молнии. Отрицательная часть лидера отдачи прорастает вдоль затухшей ветви к основному (активному) каналу и, если доходит до него, запускает волну оптического света и всплеск тока. После реактивации канал продолжает развиваться как боковая ветвь положительного лидера молнии.
Ученые из Института прикладной физики имени А.В. Гапонова-Грехова РАН (Нижний Новгород) разработали численную модель, которая описывает рост, затухание (охлаждение на этапе нулевого тока) и повторную активацию бокового молниевого канала, в результате которой возникают лидеры отдачи. Основное преимущество представленной модели заключается в том, что она описывает одновременное и самосогласованное изменение термодинамических и электрических параметров молниевого канала.
На начальной стадии роста, продолжающейся примерно 20 миллисекунд, рост канала поддерживается высоким напряжением точки ветвления (стартовой точки бокового канала). Когда это напряжение падает и становится недостаточным для обеспечения роста канала, наступает фаза затухания длительностью 5–75 миллисекунд, когда ток прекращается, а плазма — ионизированный газ — внутри канала постепенно остывает. На заключительном этапе в боковом канале молнии происходит реактивация — возникает резкий рост напряжения в точке ветвления. Он приводит к возникновению волны повторной ионизации, то есть к формированию лидера отдачи, который реактивирует ранее обесточенный канал.
Физики исследовали условия, при которых возможна реактивация обесточенного канала молнии. Оказалось, что лидер отдачи может возникнуть только в том случае, если пауза между электрическими разрядами, протекающими через канал, длится от одного до нескольких десятков миллисекунд, а температура канала не опускается ниже примерно 3500°С. Исследование также показало, что ключевую роль в этом процессе играет смещение точки реверса, которое отвечает за рост потенциала в боковом канале молнии, приводя к его реактивации.
Теоретические предсказания модели подтверждаются экспериментальными данными. Так, расчетные временные интервалы между разрядами в 15–30 миллисекунд, необходимые для реактивации, хорошо согласуются с результатами наблюдений реальных молний. Модель также успешно объясняет положение точки старта лидеров отдачи, зафиксированное в экспериментальных исследованиях.
«В связи с растущим использованием микроэлектроники и тенденцией к цифровизации всех сфер нашей жизни грозовые воздействия становятся все более экономически и социально опасными. Ущерб, причиняемый молниями, трудно переоценить, и, скорее всего, он будет увеличиваться в будущем из-за глобального потепления и аэрозольного загрязнения атмосферы. Результаты, полученные нами в рамках проекта, уникальны и в настоящее время не имеют мировых аналогов, что позволяет нам рассчитывать на достижение прорывных результатов в области физики молнии и развитии методов молниезащиты.
В дальнейшем мы планируем усовершенствовать нашу модель и описать серию лидеров отдачи, проходящих по одному каналу, последний из которых доходит до земли, становясь стреловидным лидером. Стреловидные лидеры крайне опасны для слаботочной электроники благодаря чрезвычайно высоким скоростям роста и относительно большим токам, а потому заслуживают дальнейших исследований», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Дмитрий Иудин, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории атмосферного электричества Института прикладной физики имени А.В. Гапонова-Грехова РАН.
Telegram 
Дзен 
VK От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
Ученые уверены, что покрытая водяным льдом юпитерианская луна Европа скрывает внутри себя глобальный океан, но сомневаются в его жизнепригодности. В недавнем исследовании они попытались оценить степень активности в недрах спутника и пришли к неутешительному выводу: тектоника там вряд ли способна обеспечить обогащение воды минералами.
В Олдувайском ущелье на севере Танзании ученые обнаружили скелет слона возрастом 1,78 миллиона лет, а рядом с ним — необычные для того времени каменные орудия. Авторы нового исследования полагают, что им удалось найти древнейшее место разделки гигантской добычи.
От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
В Олдувайском ущелье на севере Танзании ученые обнаружили скелет слона возрастом 1,78 миллиона лет, а рядом с ним — необычные для того времени каменные орудия. Авторы нового исследования полагают, что им удалось найти древнейшее место разделки гигантской добычи.
Ученые уверены, что покрытая водяным льдом юпитерианская луна Европа скрывает внутри себя глобальный океан, но сомневаются в его жизнепригодности. В недавнем исследовании они попытались оценить степень активности в недрах спутника и пришли к неутешительному выводу: тектоника там вряд ли способна обеспечить обогащение воды минералами.
От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
На скалистых берегах аргентинской Патагонии разворачивается настоящая драма. Магеллановы пингвины, долгое время чувствовавшие себя в безопасности на суше в своих многотысячных колониях, столкнулись с новым и беспощадным врагом. Их извечные морские страхи — касатки и морские леопарды — теперь блекнут перед угрозой, пришедшей из глубины материка. Виновник переполоха — грациозный и мощный хищник, недавно вернувшийся на эти земли после долгого изгнания.
Среди самых интригующих открытий космического телескопа «Джеймс Уэбб» — компактные объекты, получившие название «маленькие красные точки». Их видели только в самых дальних уголках Вселенной. Большинство возникло в первый миллиард лет после Большого взрыва, и ученые предполагали, что такие источники представляют собой небольшие компактные галактики. Однако международная команда астрономов пришла к иному выводу. Они предположили, что на самом деле «маленькие красные точки» — черные дыры, окруженные массивной газовой оболочкой.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно