Происхождение зигзагообразной лини молнии до сих пор было загадкой. Новое исследование дает ключ к ее разгадке, что может помочь улучшить молниезащиту зданий, самолетов и людей.
Удары молнии возникают, когда с землей или объектом в воздухе соединяются грозовые облака с миллионовольтным электрическим потенциалом. Фотографии этого явления раскрывают множество деталей, которые не видны невооруженным глазом. На них заметно, что вспышке обычно предшествуют четыре-пять более слабых «предвспышек», так называемых «лидеров». Они разветвляются и беспорядочно устремляются вниз. Первый из этих лидеров, достигший земли, создает реальный удар молнии.
В 1970-е гг. высокоскоростные фотографии показали, что лидеры спускались из облака «шагами» длиной около 50 м. Каждый из этих участков на микросекунду ярко вспыхивает, а затем почти полностью темнеет. Это длится 50 микросекунд, после чего происходит следующая яркая вспышка. Как формируется это ступенчатое передвижение и что происходит во время темных фаз между шагми, до сих пор оставалось загадкой.
Два исследователя Джон Лоук и Эндре Сзили из Университета Южной Австралии обнаружили, что в грозовых облаках сильные электрические поля возбуждают электроны, переводящие при достаточной энергии молекулу кислорода в так называемое синглетное дельта-состояние.
Кислород, находящийся в метастабильном состоянии освобождает электроны из ионов O2. Эти отрицательно заряженные ионы почти моментально заменяются электронами, которые вновь присоединяются к молекулам кислорода. Воздух способен проводить электричество, если более 1 % O2 переходит в это метастабильное состояние. Отдельные яркие «вспышки» возникают, когда создается достаточно метастабильных состояний, чтобы высвобождать значительное количество электронов.
Плотность метастабильных состояний и, следовательно, электронов во время темной фазы снова увеличивается, пока через 50 микросекунд воздух снова не начинает проводить ток. Возбужденные молекулы, формирующиеся на отдельных этапах, образуют столб, который достигает облака и становится электропроводным без электрического поля. В результате излучается лишь немного света.
