Der Blitz wird seit Jahrhunderten untersucht, aber es gibt immer noch viele Unklarheiten in ihrer Natur. Wie entsteht eine Entladung in einer Wolke, was ist ein Kugelblitz, warum werden während eines Gewitters Gammaquanten emittiert - diese Fragen müssen noch beantwortet werden. RIA Novosti spricht über die aktuellsten Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der atmosphärischen Elektrizität.
"Blitz ist eine elektrische Entladung, die sich in der Atmosphäre entlang eines dünnen heißen Plasmakanals - des Leiters - von Wolke zu Erde, zwischen Wolken oder aus hohen Gebäuden erhebt", sagt Alexander Kostinsky, Ph. D. in Physik und Mathematik, stellvertretender Direktor von MIEM, benannt nach RIA Novosti. … A. N. Tikhonova, Teilnehmer des internationalen Projekts "Blitz und ihre Erscheinungsformen", unterstützt vom Ministerium für Bildung und Wissenschaft und der Russischen Wissenschaftsstiftung.
Eine Wolke wird benötigt, damit ein Blitz auftritt. Beim Aufsteigen dehnt es sich aus, kühlt ab, es bilden sich kleine Wassertropfen, Schneeflocken, Hagel und viele andere Partikel unterschiedlicher Größe, die als Hydrometeore bezeichnet werden. Tatsächlich bildet sich in der Wolke ein Aerosol, dessen Partikel aneinander reiben und Ladungen mit unterschiedlichen Vorzeichen aufnehmen.
Nach der Kondensation der Feuchtigkeit erwärmt sich die Wolke etwas und steigt höher, wobei die Umgebungsluft angesaugt wird. Deshalb werden Gewitter von vermehrten Winden begleitet. Innerhalb der Wolke werden Schichten positiv und negativ geladener Teilchen hinzugefügt, Regen fällt, Entladungen innerhalb der Wolke beginnen, einige von ihnen erreichen den Boden.
Das Sprite erscheint in der oberen Atmosphäre nach einer starken Blitzentladung in den Boden.
Der Blitzkanal leitet dank Plasma - einem hochionisierten Gas - einen starken elektrischen Strom. Die Fotos der Hochgeschwindigkeitskameras zeigen, wie sich der Blitzführer während seiner Bewegung verzweigt. Als er sich dem Boden nähert, eilen von hohen Punkten - Wolkenkratzern, Fernsehtürmen - aufstrebende Führer auf ihn zu. Ein starker Strom fließt durch den angeschlossenen Kanal mit einer Geschwindigkeit, die nur um ein Vielfaches niedriger ist als die Lichtgeschwindigkeit. Es ist dieser Blitz, den wir sehen, wenn wir vom Blitz getroffen werden.
„Wir beobachten Blitze, wenn sie groß und energisch sind, Feuer legen, Tiere töten und Geräte deaktivieren. Aber der Moment seines Ursprungs in der Wolke ist seit hundert Jahren eines der wichtigsten wissenschaftlichen Rätsel “, fährt der Wissenschaftler fort.
Es gibt viele Hypothesen zu diesem Punkt, die sehr komplex sind und nicht alle beobachteten Phänomene erklären. Gemessen: Um nur einen Zentimeter Luft zu durchbrechen, ist eine Spannung von dreißigtausend Volt erforderlich. Dies bedeutet, dass es in der Wolke sehr starke elektrische Felder geben muss, aber Messungen ergeben um ein Vielfaches niedrigere Werte.
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„Jede Sekunde treffen ungefähr hundert Blitze auf den Boden, und niemand weiß, wie sie entstehen. Darüber hinaus zeigen physikalische Messungen, dass sie sich nicht in den Wolken bilden sollten “, bemerkt Kostinsky.
Zeitrafferfotografie von Blitzeinschlägen.
Kugelblitz
Ein separates Puzzle ist Kugelblitz. Tausende von Beweisen aus verschiedenen historischen Epochen sind bekannt, Wissenschaftler haben sogar experimentell „sphärische Plasmabildungen“im Labor erhalten, aber es ist nicht möglich zu beweisen, dass dies das untersuchte Naturphänomen ist. Die Hauptfrage (neben der Keimbildung) ist, warum ein geladenes Plasmagerinnsel so lange in der Atmosphäre existiert - Sekunden und Minuten. Theoretisch sollte es ohne externe Zufuhr in Tausendstelsekunden abkühlen und die Leitfähigkeit verlieren.
Einige Forscher nahmen an, dass Kugelblitze ein optischer Effekt waren, aber vor einigen Jahren filmten chinesische Wissenschaftler ein Kugelglühen während Blitzeinschlägen, die fast eine Sekunde dauerten, auf einer Hochgeschwindigkeitskamera mit einem optischen Spektrometer. Dies klärte wenig über die Natur des Phänomens auf, bestätigte jedoch seine Realität.
Weitere Geheimnisse
1989 wurde dank Satelliten eine völlig neue Art von atmosphärischer Elektrizität entdeckt - Sprites. Sie entstehen in einer Höhe von 70-85 Kilometern im elektrischen Feld, das sich nach einem starken Blitzeinschlag in den Boden bildet, wenn der untere Teil der Wolke entladen wird. Aus dem Weltraum sahen wir blaue und riesige Jets - elektrische Entladungen von großer Länge. Sie entstehen an der Spitze von Gewitterwolken und erreichen eine Höhe von 90 Kilometern.
Jet - Entladung aus der Wolke bis zu einer Höhe von bis zu 90 Kilometern. Mauna Kea Observatorium, Hawaii.
1991 zeichneten amerikanische Satelliten während eines Gewitters Gammastrahlen, dh harte Röntgenstrahlen, auf. Diese Daten wurden sofort klassifiziert und entschieden, dass irgendwo Atomtests am Boden durchgeführt wurden. Drei Jahre später, nachdem sichergestellt worden war, dass die Strahlungsquelle Gewitter waren, wurden die Ergebnisse der Beobachtungen veröffentlicht.
„Solche Energiequanten kommen selbst durch Sonneneruptionen selten auf die Erde. Es stellt sich heraus, dass die Wolke als Beschleuniger von Elementarteilchen wirkt, nämlich Elektronen und möglicherweise Positronen. Dieser Bereich wird als atmosphärische Hochenergiephysik bezeichnet “, sagt Alexander Kostinsky.
In den 2000er Jahren stellte sich heraus, dass in der Wolke in einer Höhe von etwa zehn Kilometern Funkemissionsquellen gebildet werden, die viel stärker sind als die mit Blitzen einhergehenden. Sie dauern nur wenige Mikrosekunden. Sie wurden kompakte Intracloud-Entladungen genannt. Es gibt noch keine allgemein anerkannte Theorie ihres Aussehens.
Das Interesse an elektrischen Entladungen in der Atmosphäre anderer Planeten des Sonnensystems ist immer noch unvermindert. Es wurden Bilder von Gewittern auf Jupiter und Saturn erhalten, Beobachtungen im Funkbereich zeigten Entladungen auf Uranus und Neptun. Die Frage mit Venus ist noch offen. Aber es gibt kein Gewitter auf Mars und Titan.
Laut Kostinsky erlebt die Blitzwissenschaft jetzt einen echten Boom. Gewitter und Blitze sind schließlich sehr gefährliche, zerstörerische Naturphänomene. Darüber hinaus stehen Wissenschaftler vor praktischen Aufgaben - zum Schutz von Menschen und Tieren vor atmosphärischen Entladungen, Strukturen, Windmühlen und Flugzeugen.
Auf der Nachtseite des Jupiter wird ein Blitz in die Atmosphäre abgegeben. Galileo Orbiter, 1998.
Tatiana Pichugina
