Яскраві електрогенератори небес: цікаві наукові факти про блискавки

Блискавки у міфології

Багато культурах бог чи богиня грому і блискавки часто були верховним божеством. У давній Греції правителем богів був Зевс, якого часто зображували з розрядом блискавки у якості зброї. Недарма його найвідоміше прізвисько — Громовержець. У давньогрецькому пантеоні були і боги-близнюки грому і блискавки, яких звали Астрапе і Бронте. Саме тому страх блискавок називається астрапофобією.

У скандинавській міфології богом грому та блискавок був син Одина Тор, який викликав блискавки зі свого знаменитого молота М’єлніра. В індуїзмі Індра був правителем богів, а ще богом блискавок. У слов’янській міфології верховний бог Перун був також громовержцем.

Блискавки є зброєю Аллаха у мусульман. Як написано в Корані «Він несе морок, грім і блискавку… Він кидає блискавки і вражає ними, кого забажає».

Навіть Санта-Клаус приєднався до цього переліку зі своїми оленями Доннером (грім) та блискавка (Блітцен).

Фото: Getty Images

Зевс із блискавкою на Олімпі

Що таке блискавка?

Блискавка – це електричний розряд, викликаний різницею в заряді між грозовими хмарами та землею, або між самими хмарами. Більшість блискавок не покидає межі хмари.

Далекий розряд, який висвітлює всю хмару, називається блискавицею. Інші розряди можуть виглядати як чотки, стрічка або ракета.

Фото: Getty Images

Як виникає блискавка?

Коли на небі вирує шторм, частинки дощу, снігу або льоду стикаються між собою. Ці зіткнення підвищують різницю зарядів між хмарою та землею, та часто негативно заряджають нижні хмарні шари. Об’єкти на поверхні землі, такі як дерева, вежі зі шпилями та й сама Земля стають зарядженими позитивно. Так створюється різниця у зарядах, яку природа прагне виправити. І робить це за допомогою проходження електричного розряду між двома полюсами.

Температура блискавки дуже висока. Спалах блискавки може нагріти навколишнє повітря до температури вп’ятеро вище, ніж на поверхні Сонця. Цей жар призводить до того, що так швидко нагріте повітря починає розширюватися і вібрувати. Внаслідок й створюється могутній гуркот грому, який ми чуємо незабаром після спалаху блискавки.

Які бувають типи блискавок?

Лінійна блискавка

Лінійні блискавки, або блискавки типу хмара-земля, зустрічаються дуже часто. За даними вчених, кожної секунди в поверхню землі вдаряє близько 100 блискавок. Проте їх могутність захоплює дух. У кожному розряді блискавки може бути до 1 мільярда вольт електрики.

Стандартна блискавка земля-хмара починається із серії негативно заряджених розрядів, яка називається східчастим лідером. Ці розряди стрімко скочуються нібито по сходах від нижнього краю грозової хмари до Землі каналом із середньою швидкістю приблизно 300 000 км/год. Кожна така “сходинка” приблизно 46 метрів завдовжки.

Коли найнижча сходинка опиняється на відстані 45 метрів від позитивно зарядженого об’єкта, її зустрічає висхідний потік електрики, який називається стрімер. Стрімер може піднятися по будівлі, дереву і навіть людині.

У місці з’єднання двох розрядів починає текти електричний струм. Негативні розряди прямують каналом вниз, а видимі спалахи ударів блискавки вгору, у процесі переносячи електрику.

Позитивно заряджені блискавки хмара-земля

Приблизно одна з 20 блискавок типу хмара-земля «позитивно заряджена». Блискавки цього типу беруть початок від позитивно заряджених верхніх шарів грозових хмар. Удари цих блискавок звертають назад потік заряду звичайних блискавок, і стають набагато сильнішими та руйнівнішими. Позитивно заряджені блискавки можуть розтягнутися по на дуже далекі відстані і вдарити ніби з ясного неба, за десятки кілометрів від штормової хмари, де вони зародилися.

Блискавка земля-хмара

Як і інші блискавки, блискавки цього типу це теж розряд між хмарою і землею. Тільки цього разу розряд ініціюється лідером, що піднімається вгору, та бере свій початок із наземного об’єкта. Такі блискавки часто зароджуються на високих вежах або хмарочосах. Блискавки земля-хмара також можуть бути як позитивно, так і негативно зарядженими. Розряд, який схожий на дерево з гілками, що ростуть вгору, є чіткою ознакою блискавки земля-хмара. Однак у деяких блискавок такого типу розгалуження відбувається лише всередині хмари, і тому непомітно.

Тільки цього разу розряд ініціюється лідером, що піднімається вгору, бере свій початок із наземного об’єкта. Блискавки земля-хмара часто зароджуються на високих вежах чи хмарочосах. Вони можуть бути як позитивно, і негативно зарядженими. Якщо ви побачите розряд, який схожий на дерево з гілками, що ростуть вгору, то це  блискавка земля-хмара. Однак у деяких блискавки такого типу розгалуження відбувається лише всередині хмари, тому його неможливо побачити.

Фото: Getty Images

Блискавка хмара-хмара

Блискавки такого типу дуже рідкісні. Проте трапляється, що вони подорожують навіть більше, ніж між двома хмарами. Довгі спалахи, що горизонтально пересуваються, називають «павучою блискавкою». Їх часто можна бачити внизу шаруватих хмар. Блискавки типу хмара-хмара можуть називати і горизонтальними блискавками.

Внутріхмарні блискавки

Найпоширеніший тип розряду, що відбувається всередині однієї хмари. Блискавка при цьому рухається між різнозарядженими ділянками хмари.

Шторова блискавка

Цей термін використовується при описі хмар, осяяних розрядом блискавки. При цьому сам канал блискавки знаходиться або всередині хмари, або ховається за обрієм. Хоча цей тип блискавки часто пов’язують із внутрішньохмарною, але по суті це будь-яка блискавка, прихована хмарами або місцевістю.

Кульова блискавка

Описів кульової блискавки існує безліч. Вважається, що це блискавка особливого типу, яка має форму кулі та існує досить довгий час. Вона здатна переміщуватись непередбачуваною і дивною для очевидців траєкторією. Проте всі свідчення викликають у вчених сумніви. Всі спроби відтворити її в лабораторних умовах не увінчалися успіхом належним чином, і існують теорії, згідно з якими цей феномен є галюцинацією.

Стрічкова блискавка

Ця блискавка трапляється під час ураганів з потужними вітрами, що перетинаються, і зворотними ударами. Вітер здуває кожен успішний удар у бік попереднього удару, внаслідок чого й виходить візуальний ефект, схожий на стрічку. Якщо смикнути фотоапаратом під час фотографування блискавки, ефект буде подібним.

Чіткова блискавка

Також її називають бісерною. Блискавку так назвали тому, що коли на стадії згасання канал блискавки остигає, його світло розривається на багато ділянок. І блискавка стає схожою на небесні чотки або просипаний бісер. Однак за своєю природою така блискавка не є якимось окремим типом, це просто етап існування звичайного розряду.

Атмосферні явища, пов’язані з блискавками

Спрайти

Електричні розряди, що відбуваються високо над активним ураганом. Спрайти з’являються у вигляді вертикальних червоних колон, які можуть підніматися на висоту до 100 кілометрів над верхівкою хмари. Найчастіше спрайти червоного кольору і слабко освітлені, тому їх видно лише вночі. Зберігаються вони лише кілька секунд, майже непомітні для неозброєного ока і їх складно сфотографувати. Форму спрайту часто описують, як схожу на колону, моркву або медузу.

Джети

Сині джети «виростають» із верхівки грозової хмари. Вони являють собою вузькі трубки-конуси синього кольору, що поступово блідніють та зникають на висоті 40-70 км у нижній межі іоносфери. Тривалість існування джетів становить лише частки секунди.

Синій джет, помічений із МКС

Ельфи

Ельфами називають області, що швидко розширюються, та мають форму диска, діаметр якого може досягати 400 км. Вони існують менше тисячної частки секунди та з’являються над областями, де б’ють блискавки. Вчені вважають, що ельфи виникають у тому випадку, коли енергетичний електромагнітний імпульс поширюється в іоносферу.

Тролі

Тролі з’являються після особливо потужного спрайту. Ці червоні крапки виникають біля верхівки хмар. На відео можна помітити, що тролі починаються з червоного світіння, що утворюється в “щупальці” спрайту, яке потім спускається вниз.

Троль, помічений поряд зі спрайтом

Гноми

Гноми – це маленькі і дуже короткочасні спалахи білого світла, які піднімаються з верхівки великої грозової хмари. Їх ширина становить близько 150 метрів, а висота близько кілометра. Тривалість існування гнома лише кілька мікросекунд.

Піксі

Вперше піксі помітили влітку 2000 року вчені міжнародної програми STEPS, які вивчали електричні характеристики у верхніх частинах грозових хмар на Високих рівнинах у США. Під час спостережень дослідники зафіксували серію незвичайних об’єктів білого кольору, що світяться, зверху грозової хмари. Це явище тривало близько 20 хвилин, а кожен окремий спалах не більше 16 мілісекунд. Ширина кожного “піксі” склала менше 100 метрів.

Зелені примари

З’являються після спалаху червоних спрайтів на декілька секунд як зелене післясяйво. Вважається, що зелені примари виникають після того, як верхівки потужних спрайтів вдаряються у шар атмосфери, де відбувається свічення. При цьому атоми кисню можуть на короткий час світитися зеленим кольором.

Зелена примара в небі після сильної грози

Вогні святого Ельма

Названи так на честь святого Ельма, який вважався покровителем моряків. Моряки вірили, що ці вогні приносять удачу, а у разі небезпеки обіцяють порятунок.

Це оптичне атмосферне явище, схоже на розряд у формі пензликів або пучків, що світяться. Вони виникають на гострих кінцях високих предметів, таких як щогли, вежі, гострі вершини скель, дерева. Вогні святого Ельма можуть виникнути у тому випадку, коли напруженість електричного поля в атмосфері дуже висока, близько 500 В/м і більше. Найчастіше це відбувається під час грози або перед її початком, під час шторму в морях або взимку під час хуртовин. За своєю фізичною природою є особливою формою коронного розряду.

Чим небезпечна блискавка?

Блискавки це не тільки приголомшливе видовище, вони ще дуже небезпечні. Щороку у світі від удару блискавки гине близько 2000 людей. Сотні тисяч людей, які виживають після влучення блискавки, довго ще потім страждають від різноманітних довготривалих наслідків, таких як втрата пам’яті, запаморочення, слабкість, почуття оніміння та інші досить неприємні симптоми, що негативно впливають на якість життя. Що трапиться з людиною, якщо в неї потрапить блискавка? Блискавки можуть викликати інфаркт та сильні опіки, але приблизно 9 із 10 людей виживають. Шанси отримати удар блискавки в середньому становлять 1 до 5000.

Сильний жар блискавки може випарувати воду усередині дерева. Внаслідок чого утворюється пара, яка просто розірве дерево на шматки. До того ж дерево – високий об’єкт, що притягує блискавки. Тож стояти під деревами під час грози справді небезпечно. Тоді як машина – безпечний притулок. Людина, що сидить у машині, знаходиться у свого роду «клітці Фарадея». Клітка Фарадея є сітчастою конструкцією, яка захищає людину, що знаходиться всередині, спрямовуючи електричний розряд по своїй поверхні в землю. Автомобіль і є такою конструкцією, тому розряд з кузова через колеса безпечно піде в землю.

Багато будинків забезпечені громовідводами та іншим захистом, які безпечно заземлять удар блискавки. Крім спеціальних пристроїв будинки заземлюються каналізаційними трубами, трубами водопостачання та іншими об’єктами. Будинки захищають, але якщо під час грози доторкнутися до поточної води або скористатися кабельним телефоном, можна отримати електричний удар.

Фото: Getty Images

Факти про блискавки

• найдовша блискавка у світі була зареєстрована у США у 2020 році. Це була блискавка типу хмара-хмара, яка простяглася на відстань 768 кілометрів над Міссісіпі, Луїзіаною та Техасом;
• людина може побачити блискавку на відстані до 100 км;
• температура блискавки може досягати 20000-30000 ° C, що вп’ятеро перевищує температуру поверхні Сонця;
• блискавка може вдаряти в те саме місце не тільки двічі, але і більше разів. Так, в Емпайр-стейт-білдинг блискавки можуть вдарити і понад 20 разів на рік. Блискавки можуть кілька разів ударяти і в одну й ту саму людину. У Книзі рекордів Гіннесса повідомляється, що блискавка вдарила у рейнжера національного парку у Вірджинії Роя Саллівана сім разів;
• найбільше блискавок на Землі вдаряє у Венесуелі, а точніше у районі озера Маракайбо неподалік Карибського моря. Саме тут відбувається так звана «вічна гроза», погодний феномен, коли в середньому в році тут може пройти 260 гроз. І 150 із них супроводжуватимуться блискавками. Іноді блискавка в районі Маракайбо може вдарити більше 30 разів на хвилину;
• одного разу розряд блискавки спричинив загибель 81 людини. У грудні 1963 року блискавка вдарила у крило літака, що летить з Пуерто-Ріко до Філадельфії. Внаслідок цього літак упав на землю і всі пасажири загинули;
• Едвін Робінсон із Массачусетсу стверджує, що блискавка повернула йому зір. Він осліп після аварії у 1971 році. Через 9 років у нього вдарила блискавка, після чого він знепритомнів на 20 хвилин. Коли прийшов до тями, то зрозумів, що знову може бачити;
• наука про блискавки називається фульмінологією;
• 1987 року блискавка збила космічну ракету через 49 секунд після зльоту. На щастя, ракета була безпілотною і обійшлося без людських жертв.