Почему молния никогда не бывает прямой: как на небе появляется зигзаг

Во время грозы молния всегда выглядит разбитой. Он разветвляется, меняет направление и образует характерный зигзагообразный узор – это результат сложных процессов, происходящих в воздухе. Подробнее о том, почему молния не бывает прямой, читайте в статье «».

Молния — это электрический разряд между облаком и землей или внутри облака. В грозовой туче происходит разделение зарядов: верхняя часть обычно заряжена положительно, нижняя — отрицательно. Это происходит из-за движения кристаллов льда и капель воды, сталкивающихся и меняющих заряд.

Когда разность потенциалов достигает критического уровня, воздух перестает быть изолятором и начинает проводить ток. Происходит электрический разряд. Напряжение в молнии может достигать десятков миллионов вольт, а температура канала — около 30 000 °С, что в несколько раз превышает температуру поверхности Солнца.

Почему разряд не идет прямолинейно?

Казалось бы, электрический разряд должен двигаться по кратчайшему пути - прямой. Однако условия в атмосфере неоднородны.

Воздух состоит из молекул, плотность которых меняется в зависимости от температуры, влажности, турбулентности и присутствия пыли или ионов. Сопротивление электрическому току варьируется в разных точках. Поэтому разряд идет не строго вниз, а движется по траектории, где сопротивление в данный момент минимально.

Птицы исчезают: что говорят ученые о новой волне вымирания

Этот процесс описан в исследованиях электрических разрядов в газах, опубликованных в журнале JGR Atmосферs. Канал формируется посредством последовательности микроскопических пробоев, каждый из которых выбирает наиболее «выгодное» направление.

Что такое молниеносный лидер?

Основную роль в формировании формы молнии играет так называемый ступенчатый лидер. Это начальная стадия разряда, когда канал ионизированного воздуха начинает двигаться от облака к земле. Он распространяется не непрерывно, а скачками примерно на 30–100 метров в длину.

После каждого шага лидер останавливается на долю миллисекунды, а затем продолжает движение в новом направлении. Именно эти шаги создают зигзагообразную структуру.

Почему появляются ветки?

Молния часто имеет несколько ответвлений, расходящихся в стороны. Эта структура напоминает дерево или систему ветвей, что является типичным результатом процессов, управляемых случайными колебаниями.

Электрическое поле вокруг лидера неоднородно. Местные условия, благоприятные для пробоя воздуха, могут возникнуть в разных направлениях.

В результате лидер «пробует» сразу несколько путей. Эти побочные каналы называются стримерами. Большинство из них вымирают, но иногда один из них соединяется с восходящим выбросом из земли.

Что происходит, когда молния «находит» землю?

Когда нисходящий лидер приближается к поверхности, из-под земли начинают подниматься встречные разряды. Это происходит из-за сильного электрического поля, которое наводит заряд на предметы – деревья, здания, людей.

В момент соединения одного из восходящих разрядов с лидером формируется непрерывный канал. Через него проходит основной ток – так называемый обратный ход.

Именно этот момент мы видим как яркую вспышку молнии. Оно длится всего несколько микросекунд, но высвобождает огромную энергию.

Почему молния иногда кажется прямой?

Иногда молния визуально выглядит почти прямой. Это связано с тем, что:

расстояние большое, а мелких изгибов не видно;

разряд происходит в более однородной среде;

наблюдение происходит под углом, который сглаживает структуру.

На самом деле даже такая молния имеет сложную форму, ее детали просто не видны невооруженным глазом. Работа с использованием высокоскоростных камер и численного моделирования подтверждает, что молния — это не один непрерывный канал, а динамическая система, формирующаяся по мере движения.

Ранее мы писали о звуках, которые издает северное сияние.