Геофізики з Китаю та Індії зняли блискавку, яка вдарила з хмари по метеорологічній вежі, що стояла на землі, на відео з частотою 380 тисяч кадрів на секунду. Отримані кадри показали, як саме перед основним спалахом утворюється єдиний канал з іонізованим повітрям, в якому потім відбувається основний розряд. Об'єднання двох лідерних каналів: негативного - з боку хмари на землю, і позитивного - в зворотному напрямку - починається, коли відстань між їх кінцями становить близько двадцяти метрів, пишуть вчені в.
Удар блискавки, яка б'є з хмари по об'єктах, що стоять на землі, складається з декількох стадій. Спочатку в результаті атмосферної конвекції під час грози відбувається поділ зарядів і в хмарі виникають сильно заряджені області. Після цього з хмари у напрямку до землі починають ветвитися стримери - тонкі тьмяні слабо проводять канали, заповнені іонізованим газом і відщепленими від атомів електронами. Коли негативний стітей, що росте з хмари вниз, підбирається досить близько до землі, назустріч йому з боку землі починає рости відповідний позитивний канал. У якийсь момент два цих канали зустрічаються і зливаються, утворюючи. Одночасно зі зростанням стрімерних каналів по них сходами по кілька десятків метрів починають поширюватися блискавки - сильно проводять термоіонізовані канали, струм в яких становить близько 1-2 кілоампер. Закінчується весь процес зустріччю позитивного і негативного лідерів і подальшим зворотним розрядом - найяскравішим розрядом під час блискавки з струмом в кілька десятків кілоампер, який рухається знизу вгору.
Незважаючи на те, що загальна послідовність стадій під час удару блискавки відома досить добре, багато важливих деталей все ще погано вивчені - в першу чергу, через технічні складнощі: удар блискавки - дуже швидкий процес, який при цьому відбувається на великих відстанях, і в середовищі з дуже високими температурою, різницею потенціалів і струмом. Зокрема, далеко не все зрозуміло про заключні стадії цього процесу: коли зароджується лідер на землі, в який момент формується єдина стрімерна зона блискавки і як саме відбувається зіткнення двох лідерних каналів.
Вивчити тонку структуру стрімерних і лідерних каналів на фінальних етапах удару блискавки вдалося геофізикам з Китаю та Індії під керівництвом Жубінь Цзяна (Rubin Jiang) і Абхая Срівастави (Abhay Srivastava) з Інституту фізики атмосфери Китайської академії наук. Для цього вчені зняли удар блискавки в 235-метрову метеорологічну вежу в Пекіні. Щоб розгледіти безпосереднє об'єднання двох стрімерних зон і зіткнення позитивного і негативного лідерів, яке відбулося на висоті 145 метрів над вершиною вежі, вчені провели зйомку з частотою 380 тисяч кадрів на секунду.
В результаті авторам роботи вдалося отримати два послідовних кадри, які розділяє між собою всього одна 380-тисячна секунди, - на першому з них два лідери ще не зіткнулися, а на другому - вже стався спалах і зародився зворотний розряд. За цими кадрами, злиття позитивної і негативної стрімерних зон і формування загального стримерного каналу відбулося, коли кінці позитивного і негативного лідерних каналів знаходилися на відстані більше 23 метрів один від одного.
Існує дві основні гіпотези, як після утворення загальної стрімерної зони протікає стадія (breakthrough phase), коли позитивний і негативний лідери знаходяться вже дуже близько один до одного. Перша гіпотеза передбачає виникнення декількох тонких стримерних каналів, що з'єднують позитивний і негативний лідери, які потім зливаються в загальний канал. За другою гіпотезою, з кінців обох лідерних каналів починають ветвитися тонкі канальчики, два з яких зустрічаються і розширюються, а решта після цього - загасають.
За словами вчених, дані їх зйомки підтверджує другий сценарій. У наскрізній фазі лідерні канали розширилися (швидкість розширення склала близько тисячі кілометрів на секунду) і стали набагато яскравішими. В результаті цього скоротився зазор між лідерами: на останньому кадрі, що передує спалаху зворотного розряду, кінці двох лідерних каналів розділяли всього 16 метрів. Вчені вважають, що траєкторія зіткнення двох лідерів блискавки визначилася вже в той момент, коли виникла загальна високо-імпедансна стримерна зона, а при самому зіткненні за наміченою траєкторією в цій зоні формується канал гарячої плазми.
Вчені відзначають, що отримані ними результати явно демонструють механізм формування каналу, в якому відбувається основний розряд блискавки. Проте, за словами геофізиків, однієї відеозйомки недостатньо, щоб робити загальні висновки, тому для підтвердження цих висновків необхідні подальші спостереження та експерименти.
Ймовірність ударів блискавки по об'єктах на поверхні землі або моря залежить не тільки від їх форми, але і від властивостей і складу повітря. Наприклад, кілька років тому геофізики виявили, що через високу концентрацію аерозольних частинок у вихлопах кораблів частота ударів океанських блискавок приблизно вдвічі вища в тих областях, через які проходять судноплавні лінії.
А подивитися на фотографії інших дивовижних явищ, які в результаті електричних розрядів відбуваються в атмосфері, ви можете в нашому матеріалі «Спрайти, ельфи і сині струмені».