Вчені фіксують рентгенівські промені від позитивної блискавки, що йде вгору

У всьому світі блискавка щороку є причиною понад 4000 смертей і завдає збитків на мільярди доларів; Сама Швейцарія щорічно витримує до 150 000 страйків. Розуміння того, як саме утворюється блискавка, є ключовим для зниження ризику, але оскільки явища блискавки відбуваються на часових шкалах до мілісекунди, отримати прямі вимірювання надзвичайно важко.

Тепер дослідники з Лабораторії електромагнітної сумісності під керівництвом Фархада Рачіді в Інженерній школі EPFL вперше безпосередньо виміряли невловиме явище, яке багато пояснює про народження блискавки : рентгенівське випромінювання.

У спільному дослідженні з Університетом прикладних наук Західної Швейцарії та Упсальським університетом у Швеції вони зафіксували удари блискавки у вежі Сентіс на північному сході Швейцарії, визначивши рентгенівські промені, пов’язані з початком позитивних спалахів, спрямованих угору. Ці спалахи починаються з негативно заряджених вусиків (лідерів), які ступінчасто піднімаються від об’єкта на великій висоті, перш ніж з’єднатися з грозовою хмарою, передаючи позитивний заряд землі.

«На рівні моря спалахи, спрямовані вгору, трапляються рідко, але можуть стати домінуючим типом на великих висотах. Вони також можуть завдати більшої шкоди, тому що під час спалаху, спрямованого вгору, блискавка залишається в контакті з конструкцією довше, ніж під час спалаху. спалах вниз, даючи йому більше часу для передачі електричного заряду», – пояснює Ph.D. Electromagnetic Compatibility Lab. кандидат Тома Орегель-Шомон.

Хоча рентгенівське випромінювання раніше спостерігалося від інших типів блискавок, це перший випадок, коли вони були зафіксовані від спрямованих угору позитивних спалахів. Орегель-Шомон, перший автор статті Scientific Reports, яка описує спостереження, каже, що вони дають цінну інформацію про те, як утворюються блискавки — і зокрема блискавки, спрямовані вгору.грати

«Фактичний механізм, за допомогою якого блискавка ініціює та поширюється, досі залишається загадкою. Спостереження блискавки, що йде вгору, від високих споруд, таких як вежа Säntis, дає змогу співвідносити рентгенівські вимірювання з іншими одночасно виміряними величинами, такими як високошвидкісні відеоспостереження та електричні течії».

Унікальна можливість спостереження

Можливо, не дивно, що нові спостереження були зроблені у Швейцарії, оскільки вежа Säntis пропонує унікальні та ідеальні умови вимірювання. 124-метрова вежа розташована на високій вершині Аппенцелльських Альп, що робить її основною ціллю для блискавки. Є чітка лінія видимості з сусідніх вершин, а величезний дослідницький центр оснащений високошвидкісними камерами, рентгенівськими детекторами, датчиками електричного поля та приладами для вимірювання струму.

Важливо те, що швидкість і чутливість цього обладнання дозволили команді побачити різницю між негативними лідерними кроками, які випромінювали рентгенівське випромінювання, і тими, які не випромінювали рентгенівське випромінювання, підтверджуючи теорію утворення блискавки, відому як модель холодного біжачого електрона. У двох словах, асоціація рентгенівського випромінювання з дуже швидкими змінами електричного поля підтвердила теорію про те, що раптове посилення електричного поля повітря змушує навколишні електрони «втікати» і перетворюватися на плазму: блискавку.

«Як фізику мені подобається розуміти теорію, що лежить в основі спостережень, але ця інформація також важлива для розуміння блискавки з інженерної точки зору: все більше і більше висотних споруд, таких як вітрові турбіни та літаки, будуються з композиту. Вони менш електропровідні, ніж метали, як-от алюміній, тому вони нагріваються сильніше, що робить їх уразливими до пошкодження блискавкою, що йде вгору», — говорить Орегель-Шомон.

Спостереження в Сентісі, який щороку отримує понад 100 ударів блискавки, тривають. Далі вчені планують додати до арсеналу обладнання вежі мікрохвильовий датчик; це може допомогти визначити, чи модель холодного випромінювання також застосовується до блискавки, що йде вниз, оскільки, на відміну від рентгенівських променів, мікрохвилі можна виміряти з хмар.