Развитие молниевого разряда; возникновевие джетов, спрайтов и эльфов
Интересно, задумывался ли кто-нибудь вообще, для чего служат молнии? Судя по тому, что молнии обнаружены только на тех планетах Солнечной системы, которые превращают заряженные частицы, присланные им Солнцем, в атомы, задача у гроз и молний одна – помочь электронам в преодолении тропосферного слоя.
Ионизация атомов атмосферных газов начинается после того, как в протонном радиационном поясе соберется достаточное количество ионов и градиент поля достигнет величины примерно в 30 000 В/м. Под его воздействием электроны начнут выходить из недр Земли и накапливаться на возвышающихся над поверхностью земли предметах, создавая тем самым резкую неоднородность электрического поля Земли. Параллельно с этой деятельностью создавшаяся разность потенциалов начнет отрывать внешние электроны у атомов кислорода и превращать их в ионы. Благодаря способности заряженных частиц становиться центрами конденсации атмосферной влаги, над нулевой изотермой начинает расти грозовое облако.
Разность потенциалов между облаком и землей продолжает расти, и когда она достигнет 108 – 109 В, ионы под воздействием непреодолимой силы притяжения к отрицательно заряженной земле устремятся вниз со средней скоростью 105 – 106 м/сек. Соударяясь с нейтральными атомами атмосферных газов, они одни из них превратят в ионы, а другие переведут в возбужденное состояние. Те, возвращаясь спустя 10-8 – 10-10 сек в исходное состояние, выделят полученную энергию в виде светового импульса. Вот этот световой след, оставленный ионами, мы по ошибке продолжаем считать молнией
Ясность внесла высокоскоростная съемка молнии. Было установлено, что молниевый разряд действительно начинается с опускания от облака к земле тонкой искры, названной лидерным разрядом. Но в момент приближения лидерного разряда к заземленному предмету происходит яркая вспышка и в это мгновение по ионизированному каналу, проложенному лидером, со скоростью в 0,05 – 0,5 скорости света, в облака возносится поток электронов. Это и есть настоящая молния, ее ток может достичь 300 кА. Сама вспышка представляет мгновенную рекомбинацию атомов лидерного разряда. Как уже знаем, при этом событии энергия ионизации выделяется в виде тепла, из-за чего молнии часто причиняют пожары. И не мудрено, потому что температура вспышки может достичь 30 000 К. По этой же причине, когда лидерный разряд коснется грунта, в нем возникает след в виде расплавленного песка, называемого в народе суеверно „чертовым пальцем”, а прикосновение лидерного разряда к заземленному острию молниеприемника, приводит к его оплавлению. Доказательством того, что дальнейшее движение лидера не может не прекратиться, служит следующий факт - для ионов атмосферных газов металл молниеотвода, имеющий плотное строение кристаллической решетки, представляет непреодолимую преграду. Сами посудите, если бы это было не так, сжатые газы не смогли бы храниться в стальных емкостях.
После завершения первого разряда наступает пауза, длительностью до 0,05 сек. В течение части этого времени канал разряда продолжает светиться, затем, если количество заряженных частиц, посылаемых Солнцем, продолжит оставаться высоким, возможны второй и последующие разряды.
Так заканчивается первый этап галактической программы синтеза атомов в атмосфере Земли. Но все это только половина дела, потому что истинная цель молний – встреча электронов с ионами, все еще не достигнута.
Следующий этап начинается после накапливания в вершине облака определенного количества электронов. Когда сила электростатического притяжения и разность потенциалов между ними и ионами в радиационном поясе достигнет какого-то порогового значения, электроны снизу, а ионы сверху устремятся навстречу друг другу. Возбужденные атомы разреженных газов стратосферы и ионосферы при этом процессе подобно Северному сиянию, излучают свет соответствующей части спектра. Возбужденные атомы кислорода светятся зеленым светом, азота – фиолетово-красным, а аргона – синим. „Джеты”, „спрайты”, „эльфы” и другие световые явления в стратосфере и ионосфере таким зрелищным способом сообщают космическим наблюдателям об исполнении Землей своих галактических обязанностей.
О том, что встреча заряженных частиц и их превращение в атомы осуществляется именно в ионосфере, говорит высокая температура слоя. Она на тысячу с лишним градусов выше температуры мезосферы, находящейся ниже. Главной причиной этой аномалии является энергия, выделяющаяся в ионосфере при синтезе атомов. Она составляет примерно 5.109 кДж в год. Столько же энергии выделилось бы и при сгорании 200 тысяч тонн каменного угля. Не напрасно этот слой носит еще одно название – „термосфера”.