Планета Земля. Познакомьтесь с миром, который мы называем домом

К счастью, такой способ существует. Флуктуирующие электрические поля, создаваемые молнией, генерируют большое количество радиошума – возникает треск, похожий на тот, что часто слышен на аналоговых радиостанциях. В середине 1990-х годов физик Уильям Ризон и его коллеги из Института технологий Нью-Мексико на Сокорро поняли, что для определения точного местоположения этого радиошума и, следовательно, вспышек молнии можно использовать GPS-приемники. Сегодня система картирования Ризона, определяющая местоположение молний (англ. Rison’s Lightning Mapping Array), состоит из 16 станций в горах около города Магдалена. С помощью этой сети антенн удается получать трехмерные изображения молний в грозовом облаке. Но первоначально временно́е разрешение таких изображений было не очень высоким.

Чтобы его улучшить, команда под управлением Ризона разработала в 2016 году интерферометр для обнаружения радиоволн, снабженный высокоскоростной камерой, способной делать более 180 миллионов кадров в секунду. С помощью этой аппаратуры ученые получают видеоизображения и полную трехмерную карту вспышек молний с высокой точностью.

Водрузить молнию с ног на голову

Исследователи надеялись получить подробные снимки пробоя на убегающих электронах. Однако результаты оказались не такими, как они ожидали. Они обнаружили, что мощная искра в недрах облака может увеличить электрическое поле без помощи инопланетного вмешательства. И процесс этот будет начинаться не в отрицательно заряженной области и бежать к соседней положительной, как ожидалось, а идти в противоположном направлении.

Несколько недель Ризон и его команда пытались выяснить, что происходит. Наконец они поняли, что поток якобы воспринимаемых ими положительных зарядов представляет собой электроны, движущиеся в противоположном направлении. По их мнению, виновником вполне может быть поляризованный ледяной кристалл, на одной стороне которого накопился отрицательный заряд, а на другой – положительный. Если этот положительный заряд становится достаточно сильным, чтобы оторвать электроны от соседних молекул воздуха, то может создать дополнительный положительный заряд. Он, в свою очередь, ведет себя как новый кончик кристалла, создавая еще один положительный заряд. Этот процесс повторяется до тех пор, пока электрическое поле не становится достаточно сильным, чтобы произошел разряд.

Ученые назвали этот процесс быстрым положительным пробоем. Он создает маленькую извилистую полоску ионизированного воздуха, которая начинает расти с конца ледяного кристалла. По мере своего роста эта положительно заряженная «лента», как пылесос, всасывает отрицательный заряд и посылает его обратно, по направлению к ледяному кристаллу – как пловец, отталкивающий от себя воду. Как только ледяной кристалл накапливает достаточно большой дополнительный заряд, он может привести к образованию лидера – предвестника разряда молнии.

Удивительно, но результаты Ризона показывают, что в принципе все вспышки, наблюдаемые при грозах, могут быть вызваны быстрым положительным пробоем. Конечно, космические лучи тоже могут сыграть определенную роль. Но некоторые специалисты считают, что добытые Ризоном сведения существенным образом меняют сам подход к изучению молнии – как если бы вы нашли тот уголок пазла, от которого можно плясать при его сборке.