|
Космические частицы возбуждают вспышки молний
|
|
|
|
Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории обнаружили, что потоки космических лучей, по-видимому, играют ключевую роль в возникновении вспышек молний. Результаты исследования опубликованы в журнале JGR Atmospheres.
|
|
|
|
"Ученые до сих пор до конца не понимают, как во время грозы возникает молния", - сказал Сюань-Мин Шао из Лос-Аламосской группы по электромагнитным наукам и когнитивным космическим приложениям и ведущий автор нового исследования. "Используя нашу технологию 3D-радиочастотного картографирования и поляризации, мы заметили необычную закономерность в том, как зарождается молния: вместо быстрого положительного электрического разряда за вспышками молний быстро следовал еще более быстрый отрицательный разряд".
|
|
|
|
Как правило, молния начинается после того, как противоположные электрические заряды — положительный и отрицательный — разделяются в облаках, что приводит к разряду, который люди воспринимают как молнию. В своем исследовании, в котором использовалась инновационная картографическая и поляризационная система BIMAP-3D, разработанная в Лос-Аламосе, команда наблюдала поляризацию сигнала — то, как ориентирован ток разряда, — эти разряды имели наклонную структуру в сторону от направления распространения, что означает, что они не только следовали за направлением грозы. электрическое поле. Это указывает на то, что в возникновении молнии сыграло роль нечто иное, чем электрическое поле.
|
|
|
|
|
|
|
Помимо того, что разряды были наклонными, команда заметила, что направление поляризации между положительным и отрицательным разрядами изменилось. Исследовательская группа объяснила такое поведение потоками космических лучей, которые представляют собой высокоэнергетические частицы из космоса, попадающие в атмосферу Земли. Эти космические лучи производят в атмосфере вторичные электроны и позитроны с высокой энергией, которые еще больше ионизируют воздух и создают траектории в грозовых облаках, позволяя молниям следовать за ними и перемещаться быстрее.
|
|
|
|
Исследовательская группа обнаружила, что высокоэнергетические электроны и позитроны движутся в разных направлениях под действием магнитного поля Земли и электрического поля облаков, что приводит к наклонному разрядному току. То есть к наклонной поляризации на путях прохождения потоков космических лучей. Электромагнитное поле отклоняло позитроны и электроны в разных направлениях, что объясняет, почему они вели себя по-разному при быстрых положительных и отрицательных разрядах.
|
|
Использование системы 3D-картографирования для определения происхождения молний
|
|
|
|
В 2021 году в Лос-Аламосе была разработана широкополосная радиочастотная интерферометрическая картографическая и поляризационная система (BIMAP-3D), которая предоставляет беспрецедентные возможности в области 3D-картографирования источников молний с высоким разрешением и определения поляризации источников для детального изучения физики грозовых разрядов. Обнаруживая всплески радиоволн, испускаемые молнией по мере ее формирования и развития, BIMAP-3D фиксирует молнию в трех измерениях, видя, где она возникает, а также отслеживая ее движение во время грозы.
|
|
|
|
Система состоит из двух станций в Лос-Аламосской национальной лаборатории, расположенных на расстоянии около семи миль друг от друга. Каждая станция состоит из четырех комплектов антенн, которые образуют Y-образную интерферометрическую решетку, позволяющую ученым составлять карты молний в 2D. Комбинация 2D-измерений между двумя станциями позволяет ученым создавать полные 3D-карты молний.
|
|
|
|
"Уникальность этой системы в том, что она одновременно определяет поляризацию в 3D, позволяя нам видеть не только место возникновения молнии, но и направление тока разряда внутри облака", - добавил Шао.
|
|
|
|
Последствия молнии для национальной безопасности
|
|
|
|
Лос-Аламосская национальная лаборатория изучает молнию, поскольку она излучает оптические и радиочастотные сигналы, аналогичные сигналам ядерного взрыва; важно уметь различать, вызваны ли такие сигналы молнией или ядерным событием.
|
|
|
|
В рамках миссии по обеспечению глобальной безопасности в Лос-Аламосе ученые используют молнию, чтобы помочь в разработке более совершенных инструментов для ядерного мониторинга, и в процессе этого они многое узнают о все еще недостаточно изученном явлении, связанном с самой молнией.
|
|
|
|
Источник
|
