800x6001024x768Auto Width
Главная

Грозовые разряды и загадка шаровой молнии

Шаровая молния в предшествующие века

Свойства грозовой молнии

Существует ли в действительности шаровая молния?

Наблюдения шаровой молнии

Фотографии шаровой молнии

Характерные черты шаровой молнии

Теоретические и экспериментальные исследования

Современное состояние проблемы шаровой молнии

Свойства грозовой молнии и протекающие в ней процессы

Максимальная температура в светящемся канале при обратном разряде, измеренная по относительной интенсивности в его оптическом спектре линий атомарного азота, атомарного кислорода и однократно ионизованного азота, оказалась равной примерно 24 000 К. 5-микросекундное разрешение по времени спектрограмм обратного разряда указывает на максимальную температуру в 30 000 К, которая затем снижается до 16 000 К за 30 мкс. Плотность вещества канала, согласно расчетам, оказалась равной 0,1 плотности воздуха при стандартных условиях, однако давление нейтральных и ионизованных частиц было оценено величиной 18 атм. Временное разрешение спектров выявило пик давления в 8 атм в первые 5 мкс с уменьшением до 1 атм через 20 мкс. Ионизация бывает значительной в первые 15 мкс, после чего начинает уменьшаться. Согласно оценкам, полученным для максимальных условий, в канале разряда содержится примерно 4 1018 электронов на 1 см3 (при относительной концентрации примерно 0,81 электрона на каждую частицу воздуха другого вида— нейтральную или ион), а давление в канале разряда, создаваемое только электронами, составляет 14 атм. Основными ионами являются однократно ионизованные атомы азота и кислорода N+ и 0+ при относительной концентрации соответственно 0,64 и 0,16. Другими основными ионами являются молекулярные ионы N2+; и N0+ их относительные концентрации составляют соответственно 7,2 10-6 и 5,8 10-6. Плотность и давление определяются по оптическому спектру. Также по оптическому спектру и термодинамическим характеристикам воздуха определяется и температура вспышки. При таком определении параметров приходится исходить из некоторых допущений, однако полученные величины хорошо согласуются с более ранними оценками. Видимый свет молнии в основном излучается нейтральными атомами азота и кислорода, а также основными ионами N+ и 0+. Кроме того, некоторый вклад в излучение дают молекулярные спектры нейтральных и ионизованных молекул азота N2 и N2+, циан CN, аргон, а также бальмеровская линия водорода На.

Выяснение механизмов грозового облака, генерирующих огромные поля и сильные токи, в результате чего происходит описанный выше мощный разряд, по-прежнему остается трудной проблемой в изучении атмосферного электричества, относительно которой не существует единого мнения. В теориях рассматриваются процессы разделения зарядов, в которых необходимые носители образуются из нейтральных газовых частиц, дождевых капель и кристаллов льда. Особую трудность представляет объяснение переноса колоссальных зарядов в многочисленных разрядах молнии во время грозы. При некоторых грозах наблюдалось свыше 200 вспышек в минуту.

Выдвигалось немало вполне правдоподобных гипотез относительно механизмов разделения зарядов, и существует много экспериментальных данных, показывающих, что такие процессы действительно приводят к разделению зарядов. Столкновение дождевых капель разных размеров в слабом электрическом поле, которое существует даже в ясную погоду, приводит к образованию заряда на каплях. Капли, падающие в таком поле, способны, кроме того, захватывать находящиеся в атмосфере свободные ионы или электроны. Далее, столкновение капель в электрическом поле может привести к их раздроблению и к сопровождающему его разделению зарядов. Рассматривалась возможность подобных же процессов и для содержащихся в облаке частиц льда. Замерзание воды в облаке наступает после переохлаждения, на что указывают, в частности, изменения температуры и электрического поля в зависимости от высоты; переохлажденная вода остается жидкой вплоть до температуры — 40° С. С частицами возникающего льда могут происходить процессы, подобные описанным выше для дождевых капель. К тому же эксперименты показали, что замерзание само по себе вызывает разделение зарядов. В качестве возможного основного процесса, создающего электрические поля при грозе, указывалось на слипание переохлажденных дождевых капель с частицами града и их последующее замерзание и раздробление. При этом наблюдается и термоэлектрический эффект — перепад температур создает в частицах льда разделение зарядов.