22 октября 2017 года грозовые тучи, собирающиеся над центральными районами Соединенных Штатов, выпустили вспышку молнии, настолько огромную, что она осветила небо над Техасом, Оклахомой и Канзасом. Горизонтально преодолевая более 310 миль (500 километров) между этими тремя штатами, толчок был настолько беспрецедентным, что группа исследователей написала исследование об этом, описав его как «мегафлеш»: это была одна из самых длинных вспышек молнии, когда-либо зарегистрированных.
Как правило, обычные вспышки молнии имеют длину от 0,6 до 20 миль (от 1 до 20 км). Но, как показали все более изощренные методы составления карт, над нашими головами потрескивают поистине колоссальные болты. Эти недавние открытия поднимают интересный вопрос: насколько велика может быть молния? И стоит ли нам беспокоиться об этих атмосферных тяжеловесах?
Молния возникает в грозовых облаках, когда сильный положительный заряд развивается в одной области облака, а сильный отрицательный заряд развивается в другой, создавая электрические силы между ними. «Вспышка молнии начинается в регионе, где электрические силы чрезвычайно сильны. Они становятся достаточно сильными, чтобы воздух больше не мог противостоять электрической силе, и разрушаются», - сказал Дон МакГорман, физик и старший научный сотрудник Национального океана. Администрация атмосферы (NOAA) и автор статьи о мегафлеше 2017 года.
Это означает, что когда электрическая сила растет, она разрушает изолирующую силу воздуха, которая обычно разделяет области с разным зарядом друг от друга. Исследователи считают, что это происходит потому, что накопление чрезмерной электрической силы начинает ускорять свободные электроны в воздухе - те, которые не связаны с атомом или молекулой - которые, в свою очередь, сбивают другие электроны с их атомов и молекул, пояснил МакГорман. Это продолжается, ускоряя все больше и больше электронов: «Ученые называют этот процесс электронной лавиной, и именно это мы имеем в виду, когда говорим, что воздух ломается», - сказал МакГорман в интервью Live Science.
Это в конечном счете создает очень горячий канал в воздухе, который действует как провод, концы которого растут наружу к положительным и отрицательным зарядам, которые вызвали пробой. Растущий канал в конечном итоге соединяет положительные и отрицательные заряды, и когда это происходит, он запускает огромный электрический ток, который мы знаем как вспышка молнии.
«Думайте об этом как о гигантской искре, которая выросла через облако», сказал Макгорман.
Иногда нижняя область облака, которая обычно содержит положительный заряд, сама по себе не имеет достаточного заряда, чтобы остановить канал. Таким образом, молния продолжает расти, простираясь вниз к земле. При этом он притягивает искру вверх от земли, чтобы встретить ее, вызывая вспышку молнии с огромными электрическими токами, которые переносят часть заряда шторма на землю. Эти каналы от облака к земле - это то, что большинство из нас обычно представляют, когда думают о молнии; эти яркие вилки, которые поражают Землю.
Но какие факторы ограничивают размер этих массивных болтов?
Исследователи пытались ответить на этот вопрос десятилетиями. По вертикали степень вспышки ограничена высотой грозового облака или расстоянием от земли до его вершины, которая составляет около 12 миль (20 км) в своем максимуме. Но горизонтально, обширная облачная система предоставляет гораздо больше возможностей для игры.
Еще в 1956 году метеоролог по имени Мирон Лигда продемонстрировал это, когда он использовал радар, чтобы обнаружить самую длинную вспышку молнии, которую кто-либо когда-либо регистрировал в этой точке: болт, который охватывал 60 миль (100 км).
Затем в 2007 году исследователи побили рекорд, обнаружив вспышку над штатом Оклахома, длина которой составляла 200 миль (321 км). Недавнее исследование, проведенное МакГорманом и его коллегами, выбило это число из парка. Исследователи подсчитали, что свет, излучаемый этой вспышкой, был настолько сильным, что освещал площадь земли в 26 000 квадратных миль (67 845 квадратных километров). Но даже эта вспышка была теперь превзойдена: Другое недавнее исследование в журнале JGR Atmospheres описало вспышку, охватывающую 418 миль (673 км).
Такие мегафлеши редки. Но теперь, когда у нас есть технология их обнаружения, мы находим их чаще. Вместо того, чтобы полагаться только на наземные системы, которые используют антенны и радар для обнаружения молнии, эксперты начали наблюдать ее с совершенно другой точки зрения: спутников. Обе последние рекордные вспышки были измерены с использованием технологии, называемой Geostationary Lightning Mapper, датчик, который присутствует на двух спутниках, вращающихся вокруг Земли, который обеспечивает обширную картину штормовых систем ниже.
«Эта система реагирует на свет, излучаемый облачной вершиной, поэтому мы видим свет от вспышек молнии и можем затем отобразить его практически во всем этом полушарии», - сказал МакГорман.
В сочетании с данными наземной системы, называемой картографическим массивом молний, эти визуальные спутниковые данные с высоким разрешением нарисовали картину огромного распространения молнии в октябре 2017 года.
Тем не менее, мы все еще в неведении относительно того, как именно эти огромные электрические подсветки растут так долго. Исследователи полагают, что размер облака является одним из факторов, потому что чем больше облачная система, тем больше вероятность возникновения вспышек молнии внутри нее. Макгорман добавляет, что также необходимы определенные «мезомасштабные процессы - крупномасштабные ветровые потоки, которые позволяют этой системе оставаться вместе в течение длительного времени».
Итак, что же происходит на этих сценах с этими облаками-монстрами? «Эти мегаполосы кажутся непрерывной последовательностью разрядов в очень близкой последовательности», - говорит Кристофер Эмерсик, научный сотрудник, изучающий электрификацию грозы в Манчестерском университете в Великобритании…
Он предполагает, что если облачная система сильно заряжена на большой площади, ряд разрядов может распространяться через нее, как линия падающих домино. «Если все домино настроены без слишком большого промежутка, один вызывает другой в большом ряду опрокидываний. В противном случае он« провалится », и в этом случае вы получите только меньшее пространственное событие молнии, а не мегафлеш». Эмерсик рассказал Live Science.
Чем больше родительское облако, тем больше возможностей для распространения разряда. «Следовательно, почему в принципе мегафлеши могут быть такими же большими, как родительское облако, если структура заряда будет благоприятной», - сказал Эмерсик.
Это также означает, что там, вероятно, гораздо больше вспышек, чем мы уже видели. «Штормы могут стать больше, чем», сказал МакГорман.
Другими словами, мы до сих пор не знаем точно, насколько большим может быть самый большой заряд молнии.
Несмотря на апокалиптическую картину, которую они рисуют, мегаполосы не обязательно более опасны, чем обычная молния: «Пространственная вспышка не обязательно означает, что она несет больше энергии», - пояснил Эмерсич.
Тем не менее, поскольку облачные системы, из которых они происходят, настолько обширны, забастовки мегафлеша могут быть трудно предсказуемыми.
«Такие события могут часто приводить к земным ударам вдали от основной молниеносной активности в конвективном ядре», - сказал Эмерсик. «Кто-то на земле мог бы подумать, что шторм прошел, но он застигнут врасплох одним из этих пространственно разряженных выбросов, казалось бы, из ниоткуда».
Также возможно, что в мире потепления может произойти всплеск типов штормов, которые приводят к мегафлешам, сказал Emersic. «И настолько косвенно, что это может сделать условия более вероятными, увеличивая тем самым их частоту».
На данный момент, однако, мега вспышки не так распространены: по оценкам МакГормана, они составляют всего около 1% от вспышек молнии в целом. Тем не менее, такие исследователи, как он, пойдут на охоту - и, без сомнения, обнаружат - еще больших бегемотов, которыми мы будем восхищаться.
