Тайна синих молний разгадана: загадочные разряды влияют даже на воздух, которым мы дышим
Учёные сделали шаг к разгадке одной из самых редких и загадочных форм молний — синих вспышек. Исследователи из Университета науки и технологий Китая (USTC) создали новую модель, объясняющую, как мощные конвекционные потоки внутри грозовых облаков вызывают коронные разряды, видимые на больших высотах. Это открытие помогает понять роль молний в химии атмосферы и климатических процессах Земли.
Что такое синие вспышки и почему они важны
Синие вспышки — это короткие, но яркие электрические импульсы, возникающие на вершинах грозовых облаков. Эти высокоэнергетические разряды поднимаются из тропосферы в стратосферу и способны изменять состав газов, включая озон и оксиды азота, влияя на радиационный баланс планеты.
"Наши данные показывают, что конвекция внутри облаков напрямую влияет на образование коронных разрядов", — сказал профессор Цзюхоу Лэй, Университет науки и технологий Китая.
"Мы разработали модель, которая связывает интенсивность восходящих и нисходящих потоков с высотой электрических слоёв", — добавил профессор Баою Чжу, USTC.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, проливает свет на процессы, происходящие в слоях атмосферы, куда обычные наблюдения почти не проникают.
От молний к микросекундным импульсам
Учёные изучали особый тип электрических событий — узкополосные биполярные явления (УБЯ), представляющие собой кратчайшие вспышки, длящиеся всего несколько микросекунд. В отличие от обычных молний, они не сопровождаются громом и излучают радиоволны высокой частоты.
"Узкополосные биполярные события — это самые мощные естественные источники радиоволн на Земле", — пояснил доцент Фэйфань Лю, USTC.
Такие вспышки возникают в верхних слоях облаков во время активной конвекции — когда тёплый воздух быстро поднимается вверх, а холодный спускается вниз.
Исследователи классифицировали УБЯ на два типа: положительные, возникающие в верхнем заряженном слое облака, и отрицательные, формирующиеся в нижнем. Оба типа связаны с мощными электрическими полями, которые пробивают атмосферу и создают синие вспышки.
Как наблюдали разряды над тайфуном
Чтобы понять механизм возникновения этих явлений, команда использовала передовую систему наземного наблюдения за молниями во время тайфуна у побережья Китая. Она позволила фиксировать мельчайшие сигналы в миллисекундном диапазоне.
"Мы обнаружили, что положительные и отрицательные вспышки конкурируют между собой в верхней части облаков", — сказал Цзюхоу Лэй.
Положительные разряды чаще возникали во время фазы подъёма воздуха, а отрицательные — при нисходящем потоке. Этот полярный "баланс" определяет высоту образования заряженных слоёв и, как следствие, частоту синих вспышек.
Сравнение: обычные молнии и коронные разряды
| Параметр | Обычная молния | Синие вспышки |
|---|---|---|
| Продолжительность | Миллисекунды | Микросекунды |
| Высота | 5-15 км | 20-30 км |
| Цвет свечения | Бело-жёлтый | Голубой |
| Место возникновения | Внутри облака или между облаками | На вершинах облаков |
| Влияние на атмосферу | Локальное | Затрагивает стратосферу |
Эти данные подтверждают: синие вспышки — не просто эффектная деталь гроз, а важная часть глобальной электрической системы планеты.
Как конвекция формирует электрические поля
Главный вывод учёных заключается в том, что сила и направление конвекции в облаке определяют структуру электрических зарядов. Чем активнее поднимается тёплый воздух, тем выше образуется положительный заряд, а нисходящие потоки создают нижний отрицательный слой.
"Интенсивность конвекции влияет на высоту и силу электрических разрядов", — сказал Баою Чжу.
Новая модель помогает объяснить, почему синие вспышки чаще возникают в мощных тропических грозах, особенно во время тайфунов и муссонов.
Советы шаг за шагом: как фиксируют редкие молнии
-
Устанавливают высокочастотные радиоприёмники и камеры на горных станциях.
-
Синхронизируют данные с метеоспутниками для определения координат.
-
Анализируют временные задержки между положительными и отрицательными импульсами.
-
Используют программные модели для расчёта высоты и мощности разрядов.
-
Сопоставляют наблюдения с параметрами конвекции в облаках.
Плюсы и минусы новой модели
| Плюсы | Минусы |
|---|---|
| Позволяет прогнозировать частоту синих вспышек | Требует сложных вычислений |
| Связывает грозы с атмосферной химией | Нужны дополнительные наблюдения |
| Помогает оценивать вклад молний в баланс озона | Сложно проверить на больших высотах |
Мифы и правда
Миф 1. "Синие вспышки — это редкие случайные молнии."
Правда: они следствие закономерных процессов в верхней атмосфере.
Миф 2. "Они не влияют на климат."
Правда: вспышки изменяют концентрацию озона и оксидов азота, влияя на тепловой баланс Земли.
Миф 3. "Синие вспышки невозможно увидеть."
Правда: современные камеры фиксируют их даже через облака с расстояния в сотни километров.
FAQ
Что такое коронный разряд?
Это слабое свечение, возникающее при ионизации воздуха сильным электрическим полем.
Почему вспышки имеют синий цвет?
Из-за ионизации азота и низкого давления на больших высотах.
Можно ли наблюдать такие явления с Земли?
Да, но чаще их фиксируют с самолётов, спутников или горных станций.
Исторический контекст
Синие вспышки впервые были зарегистрированы в 1989 году экипажем космического шаттла Discovery. Долгое время их считали редкостью, пока современные радиолокационные системы не доказали, что такие явления происходят регулярно. Новое исследование USTC стало первым, где предложена физическая модель, связывающая конвекцию с высотными электрическими процессами.
"Это открытие помогает объяснить, как грозы влияют на атмосферу и климат Земли", — сказал Цзюхоу Лэй.
Понимание природы синих вспышек — не просто академический интерес. Эти крошечные разряды, вспыхивающие над облаками, играют роль в глобальных процессах, от баланса озона до электрической активности всей планеты.
