Редкое изображение показало, как работают громоотводы

Используя высокоскоростную камеру, бразильские исследователи получили редкое изображение ударов молнии. Снимки не только подчёркивает важность систем защиты, но и дают представление о физике грозовых разрядов.

Камера запечатлела, как несколько громоотводов пытаются «подключиться» к нисходящему разряду. Две нисходящие ветви — часть того же удара молнии, который в конечном итоге поразил здание справа.

Благодаря высокоскоростной камере и некоторой удаче, оказавшись в нужном месте в нужный миг, физик Марсело Саба и кандидат наук Диего Рамон из Национального института космических исследований (INPE) в Бразилии смогли получить редкое изображение ударов молнии, на котором в мельчайших деталях показаны встречи небесных разрядов с близлежащими зданиями. Изображение настолько уникально, что его даже разместили на обложке научного журнала Geophysical Research Letters (GRL).


— Марсело Саба, физик.

Учёный использовал камеру, которая делает 40 тыс. кадров в секунду. Когда видео воспроизводится в замедленном режиме, то показывает, как ведут себя разряды молнии, а также то, насколько опасными они могут быть, если система защиты установлена неправильно. Хотя поблизости было более 30 громоотводов, удар пришёлся не на них, а в дымовую трубу на крыше одной из высоток. Физики сделали вывод, что ошибка в установке оставила участок города незащищённым. Воздействие разряда мощностью 30 тыс. ампер нанесло огромный ущерб.

В среднем 20% всех ударов молнии связаны с обменом электрическими разрядами между облаками и землёй. Остальные 80% находятся внутри облаков. Почти все удары, которые касаются почвы, являются разрядами от облака к земле. Удары вверх также происходят, но редко и начинаются наверху гор, небоскрёбов, башен и антенн. Удары молнии также могут быть классифицированы как отрицательные или положительные в зависимости от заряда, передаваемого земле.

Саба рассказал, что длина ударов молнии может достигать 100 км, а сила передачи тока достигает 30 тыс. ампер, что эквивалентно току во включенных одновременно 30 тыс. 100-ваттных лампочек. В некоторых случаях ток может достигать 300 тыс. ампер. Температура типичного удара молнии составляет 30 тыс. °C, что в пять раз превышает температуру поверхности Солнца.

При образовании ударов молнии всё начинается с электризации облаков, объяснил учёный. Механизм плохо изучен, но в основном он включает трение между частицами льда, каплями воды и градом, высвобождая заряды и создавая полярность между различными областями облаков, с различиями в электрическом потенциале от 100 миллионов вольт до 1 млрд В.

Причём грозовые облака — это огромные структуры. Нижняя часть находится на высоте 2–3 км от земли, а верхняя может достигать 20 км в высоту, а диаметр — от 10 км до 20 км.

Удары молнии разветвляются, поскольку электрические заряды ищут путь наименьшего сопротивления, а не кратчайший путь, который был бы прямой линией. Путь наименьшего сопротивления, обычно зигзагообразный, определяется различными электрическими характеристиками атмосферы, которая неоднородна. Удар молнии, состоящий из нескольких разрядов, может длиться до 2 секунд. Однако каждый разряд длится всего доли миллисекунды.

Громоотводы не притягивают и не отражают удары, добавил физик. Они также не «разряжают» облака, как считалось раньше. Они просто обеспечивают молнии лёгкий и безопасный путь к земле.

Поскольку не всегда можно положиться на защиту громоотвода, а большинство атмосферных разрядов происходит летом в тропиках, стоит прислушаться к совету Марсело Сабы. Он пояснил, что грозы в тех широтах чаще бывают во второй половине дня, чем утром. Поэтому следует быть осторожными во время мероприятий на свежем воздухе летними вечерами. Услышав гром, лучше найти укрытие, но ни в коем случае не под деревом или столбом и никогда под шаткой кровлей. Если безопасное место для укрытия не найти, лучше остаться в автомобиле и ждать, пока не утихнет гроза. Если поблизости нет машины или другого укрытия — присесть на корточки, сведя ноги вместе. Нельзя стоять прямо или лежать навытяжку. В помещении нужно избегать бытовой техники и стационарных телефонов.

Однако можно выжить после удара молнии в человека, и тому есть много примеров. Шансы возрастают, если пострадавший получает помощь быстро. Остановка сердца в таких случаях — единственная причина смерти. Так что поражённому молнией поможет реанимация.

Саба с коллегами систематически изучают молнии с помощью высокоскоростных камер с 2003 года, и с тех пор создали крупнейшую в мире коллекцию снимков. В общей сложности он и его ученики получили 17 грантов и стипендий от Исследовательского фонда Сан-Паулу (FAPESP).