Виявилося, що вони частіше битимуть не в металеві щогли й літаки, а в об’єкти, зроблені з композитних матеріалів.
Блискавки щороку стають причиною 4000 смертей і завдають збитків на мільярди доларів. Тільки в маленькій Швейцарії на рік фіксується до 150 тисяч блискавок. Але при цьому все ще не до кінця зрозуміло, як саме вони формуються і як знизити ризик травми або руйнувань.
Вивчити такий розряд вкрай важко, оскільки утворюється він менш ніж за мілісекунду. Але зовсім недавно фізикам вдалося «зловити» блискавку рідкісного типу, що б’є від землі вгору, і зафіксувати її рентгенівське випромінювання. Про це повідомляє Федеральна політехнічна школа Лозанни (Швейцарія).
«Дослідники з Лабораторії електромагнітної сумісності під керівництвом Фархада Рачіді вперше безпосередньо виміряли невловне явище, яке багато що пояснює у виникненні блискавки: рентгенівське випромінювання. Ідентифіковано рентгенівські промені, пов’язані з початком висхідних позитивних розрядів», – ідеться в повідомленні.
Зробити це вдалося завдяки особливому дослідницькому полігону – 124-метровій вежі, яка збудована на вершині однієї з гір в Альпах як «пастка» для блискавок. А знаючи, в якому місці з великою часткою ймовірності виникне заряд, вчені оточили його системами відеоспостереження і датчиками для виміру різних параметрів, зокрема електричних полів і струму, рентгенівського випромінювання.
Блискавки, що б’ють вгору, починаються з негативно заряджених каналів-«вусиків». Їх називають лідерами блискавок. Вони виникають біля висотного об’єкта і поступово підіймаються.
В атмосфері лідери з’єднуються з грозовою хмарою, і від неї передають позитивний заряд вниз, до землі. При цьому такі «блискавки догори» на рівні моря майже не трапляються, натомість частіше трапляються у вищих регіонах, а в горах, можливо, можуть бути типом, що домінує.
«Вони також можуть бути більш руйнівними [ніж блискавки, які одразу б’ють згори донизу], бо під час висхідного спалаху блискавка залишається в контакті зі структурою довше, ніж під час низхідного спалаху, більший час підтримуючи передачу електричного заряду», – пояснює співробітник лабораторії електромагнітної сумісності Тома Орегель-Шомон.
Завдяки своїй вежі в горах і чутливому обладнанню, вчені зафіксували параметри для окремих каналів-лідерів. З’ясувалося, що лише деякі випускали рентгенівські промені.
«Це підтверджує теорію утворення блискавок, відому як модель холодних електронів, що тікають. Простіше кажучи, зв’язок рентгенівських променів із дуже швидкими змінами електричного поля підтверджує теорію про те, що раптове збільшення електричного поля повітря змушує навколишні електрони «тікати» і перетворюватися на плазму: блискавку», – пояснюється в повідомленні.
Тепер дослідники планують виміряти рентгенівське випромінювання у низхідних блискавок. Це допоможе зрозуміти, чи впливає пробій на електрони, що тікають, і на їхнє утворення. Оскільки датчики в хмарах встановити зі зрозумілих причин неможливо, вчені вигадали «наземний» вихід: навколо тієї самої вежі в Альпах вони встановлять мікрохвильові детектори, які допоможуть дистанційно за непрямими ознаками обчислити, чи виникає рентгенівське випромінювання в місці утворення блискавок.
«Ця інформація також важлива для розуміння природи блискавок з інженерного погляду: дедалі більше висотних конструкцій, як-от вітряки або літаки, будують із композитних матеріалів. А вони менш провідні, ніж такі метали, як алюміній, тож вони сильніше нагріваються, що робить їх більш уразливими для пошкодження висхідною блискавкою», – зазначає Орегель-Шомон.