Почему молния не бывает прямой: как появляется зигзаг в небе

Во время грозы молния всегда выглядит ломаной. Она разветвляется, меняет направление и формирует характерный зигзагообразный рисунок — это является результатом сложных процессов в воздухе. Подробнее том, почему молния не бывает прямой, — в материале «‎Рамблера».

Как возникает молния?

Молния — это электрический разряд между облаком и землей или внутри облака. В грозовом облаке происходит разделение зарядов: верхняя часть обычно заряжена положительно, нижняя — отрицательно. Это связано с движением ледяных кристаллов и капель воды, которые сталкиваются и обмениваются зарядом.

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

Почему разряд не идет по прямой?

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

Воздух состоит из молекул, плотность которых меняется из-за температуры, влажности, турбулентности и наличия пыли или ионов. В разных точках сопротивление электрическому току различается. Поэтому разряд не идет строго вниз, а движется по траектории, где сопротивление в данный момент минимально.

Птицы исчезают: что ученые говорят о новой волне вымирания

Этот процесс описан в исследованиях электрических разрядов в газах, приведенных в журнале JGR Atmospheres. Канал формируется через последовательность микроскопических пробоев, каждый из которых выбирает наиболее «выгодное» направление.

Что такое лидер молнии?

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

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

Почему появляются разветвления?

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

Электрическое поле вокруг лидера неоднородно. В разных направлениях могут возникать локальные условия, благоприятные для пробоя воздуха.

В результате лидер «пробует» сразу несколько путей. Эти боковые каналы называются стримерами. Большинство из них затухает, но иногда один из них соединяется с восходящим разрядом от земли.

Что происходит, когда молния «находит» землю?

Когда нисходящий лидер приближается к поверхности, от земли начинают подниматься встречные разряды. Это происходит из-за сильного электрического поля, которое индуцирует заряд на объектах — деревьях, зданиях, людях.

В момент, когда один из восходящих разрядов соединяется с лидером, формируется непрерывный канал. По нему проходит основной ток — так называемый обратный удар.

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

Почему молния иногда кажется прямой?

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

• расстояние большое, и мелкие изгибы не видны;
• разряд происходит в более однородной среде;
• наблюдение идет под углом, сглаживающим структуру.

На самом деле даже такие молнии имеют сложную форму, просто ее детали не различимы невооруженным глазом. Работы с использованием высокоскоростных камер и численного моделирования подтверждают, что молния — это не один непрерывный канал, а динамическая система, которая формируется в процессе движения.

Ранее мы писали, какие звуки издает северное сияние.