Как се образуват гръмотевиците?

Знаят ли учените как се образуват гръмотевиците?

Учените все още са озадачени какво предизвиква гръмотевиците и искрата по време на гръмотевична буря. Последният опит да се разкрие тази загадка само добавя още въпроси.

Трудно е да повярваме, че в съвременния свят все още не сме наясно как се образуват гръмотевиците, но това е факт.

Бенджамин Франклин е един от първите хора, проучили как се задействат мълниите. Той правилно е заключил, че мълнията е естествено разреждане на електричество в природата.

Нашите познания не са стигнали по-далеч от онези по времето на Франклин. Все още не е известно, например, как облаците фомрмират заряда си. При движението на въздуха, облачните капчици или ледени частици се разпределят на положителен и отрицателен заряд, в рамките на отделните молекули. Изглежда, че ледените частици придобиват електрически заряд, когато те се сблъскват. По-скоро при триенето им се получава статично електричество. По-малките ледени частици са склонни да се заредят положително, докато по-големите – отрицателно. Малките частици се издигат нагоре с теченията, а по-големите слизат надолу под действието на гравитацията. Така противоположните заряди остават разделени и се създава електрическо поле.

Гръмотевиците разреждат това поле. Те са гигантска искра между два проводника в електрическа верига, която зареденият облак и земята образуват. Много от подробностите на този процес не са ясни. Една от най-големите загадки е как се задейства тази искра?

Кой детонира небето?

Електрическите полета, измерени в буреносни облаци, изглежда не са достатъчно големи, за да предизвикат спонтанен разряд. Необходимо е някакво друго условие, което да я задейства. Една от идеите е, че това се предизвиква от космическите лъчи, навлизащи в атмосферата от космоса. Направено е проучване, което опитва да провери тази теория. От нещо се установява, че нещата стоят по-различно от досегашните предположения на учените.

Космическите лъчи, съставени предимно от протони и електрони, се произвеждат от невероятни астрофизични процеси, като свръхнови. При сблъсък на космическите лъчи с молекулите на въздуха фундаменталните части и фрагменти от ядрата могат да се разпръснат. От своя страна те си взаимодействат с други молекули, като ги йонизират и генерират поток от електрони.

През 1997 г. руският учен Александър Гуревич и сътрудниците му в Москва предлагат начин, по който космическите лъчи могат да предизвикат мълния. В електрическото поле на облака тези електрони се ускоряват като частици в ускорител, създавайки още по-енергични сблъсъци в „бягащ процес“, който предизвиква гръмотевичен удар. Очаква се този процес да произвежда рентгенови лъчи и гама-лъчи. Тъй като такива лъчи са открити от спътници по време на гръмотевична буря, идеята на Гуревич за космическите лъчи изглежда правдоподобна.

Ако теорията за космическите лъчи е правилна, лавината от електрони също трябва да генерира радио вълни, които да можем да наблюдаваме от земята. През 2009 г. Джоузеф Дуайър от Технологичния институт на Флорида започва опитите си за откриване на такива радиосигнали от гръмотевични бури. Чрез множество детектори той търси потоци от частици, предизвикани при сблъсъците на космическите лъчи с въздушните молекули. Тези опити все още се провеждат от Дуайър и други групи на Международния Център за Проучване и тестване на Светкавици в американската военна база във Флорида.

Надеждите на учените

Междувременно Дуайър си партнира с Леонид Бабич и колегите му от руския Атомен център в Саров при изследване на теорията на Гуревич. Те са се опитали да определят дали потоци от високоенергийни космически лъчи, с последващи ги потоци от електрони, са достатъчни, за да повишат проводимостта на въздуха и да доведат до предизвикване на мълния.

В хода на опитите си изследователите са създали уравнения, описващи вероятните космически сблъсъци, обема на получените електрони и индуцираните електрически полета. Формулите са твърде сложни, за решение на ръка. Ето защо уравненията са изчислени от компютър. Резултатите, обаче, не изглеждат удовлетворяващи и не подкрепят хипотезата на Гуревич. Оказва се, че потоците от електрони, произведени от космическите лъчи, не са в състояние да доведат до проводимост на въздуха и разреждане, което да предизвика мълния.

Въпреки това, не всичко е загубено. Атмосферата също може да бъде електрифицирана от въздействието на космически лъчи с по-ниска енергия, които са по-обилни. Когато се сблъскват с молекулите на въздуха, те ги йонизират. Според направените изчисления, постепенното изграждане на йонизираните частици в облак може да произведе достатъчно силно електрическо поле, което да предизвика разреждане и мълния.

Тази възможност все ще се изследва подробно, а Дуайър и колегите му смятат, че има голям шанс теорията на космическите лъчи да се потвърди.