Где и когда была зарегистрирована самая длинная вспышка молнии?

«Гром прекрасен, гром впечатляет, — писал Марк Твен, — но вся сила заключается в молнии.»

Любой, кто наблюдал грозу, поймёт, что он имел в виду: молния — одно из самых внушающих благоговение явлений природы, освещающая небо своими устрашающими разветвлениями.

По данным метеорологического управления Великобритании, молния поражает планету до 1,4 миллиарда раз в год, или, по оценкам, 44 раза в секунду. И это больше, чем просто световое шоу: молния отыгрывает решающую роль в поддержании электрического баланса Земли; помогает фиксировать азот, тем самым помогая растениям расти; и, возможно, даже помогает очистить атмосферу от загрязняющих веществ.

Но некоторые удары молнии действуют сильнее, чем другие. В то время как большинство вспышек молний имеют длину от 3,2 до 4,8 километров, некоторые поистине колоссальные молнии время от времени появляются прямо над нашими головами, разветвляясь в небе на сотни километров. Но насколько большой может быть молния? И стоит ли нам о них беспокоиться?

Изображение: unsplash.com

Из чего возникает молния

Молнии возникают в грозовых облаках, когда в одной области облака возникает сильный положительный заряд, а в другой — сильный отрицательный заряд, создавая между ними электрические силы.

«Вспышка молнии возникает в области, где электрические силы чрезвычайно сильны, — рассказал Дон Макгорман (Don MacGorman), физик и старший научный сотрудник Национальной лаборатории сильных штормов Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) в Оклахоме. — Они становятся настолько сильными, что воздух, не в состоянии больше выдерживать электрического воздействия, просто разрушается.»

Это означает, что по мере роста электрической силы она разрушает изоляционную способность воздуха, которая обычно отделяет области с различным зарядом друг от друга. Исследователи думают, что это происходит, потому что наращивание чрезмерной электрической силы начинает ускорять «свободные» электроны — не прикреплённые к атому или молекуле — в воздухе, в свою очередь выбивая другие электроны из их атомов и молекул, сказал Макгорман. Этот процесс продолжается, ускоряя всё больше и больше электронов.

«Учёные называют этот процесс электронной лавиной, и именно это мы имеем в виду, когда говорим, что воздух разрушается», — сказал Макгорман в интервью Live Science.

Это в конечном итоге создаёт очень горячий канал в воздухе, который действует как провод, концы которого растут наружу к положительным и отрицательным зарядам, вызвавшим разрушение. Растущий канал в конечном итоге соединяет положительные и отрицательные заряды, и когда это происходит, он вызывает мощный электрический ток, известный нам как вспышка молнии.

«Думайте об этом как о гигантской искре, проросшей сквозь облако», — объясняет Макгорман.

Иногда нижняя часть 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 она вытягивает восходящую искру из земли, чтобы встретить её, вызывая вспышку молнии с мощными электрическими токами, которые переносят часть заряда бури на землю. Эти каналы от облака к земле — это то, что большинство из нас обычно представляет, когда думает о молнии — яркие разветвления, ударяющие в Землю.

Облако — это предел

Но какие факторы ограничивают размер этих массивных разветвлений молний? Исследователи пытались ответить на этот вопрос на протяжении десятилетий. По вертикали протяжённость вспышки ограничена высотой грозового облака или расстоянием от земли до его вершины, которое в максимальной точке составляет около 20 км.

Но по горизонтали обширная облачная система предоставляет гораздо больше возможностей для игры. Именно здесь тяжеловесы и творят своё волшебство.

Ещё в 1956 году Майрон Лигда (Myron Ligda), метеоролог из Техаса, США, использовал радар для обнаружения вспышки, охватывающей более 160 км. В то время это было признано самой длинной из когда-либо зарегистрированных вспышек молнии. С тех пор достижения в области технологий позволили исследователям измерять гораздо более крупные вспышки и их большее количество.

В 2007 году исследователи обнаружили над Оклахомой молнию длиной 322 км. Но всего десятилетие спустя этот рекорд был побит: в октябре 2017 года облака над Средним Западом выпустили такую мощную вспышку молнии, что она осветила небо над Техасом, Оклахомой и Канзасом. Вспышка, охватившая более 500 км в трёх штатах, была настолько беспрецедентной, что группа учёных опубликовала исследование о ней в журнале «Bulletin of the American Meteorological Society», назвав её «мегавспышкой». Это была одна из самых больших вспышек молнии, когда-либо зарегистрированных.

Но даже эта вспышка была превзойдена. Это случилось на Хэллоуин 2018 года — позже выяснилось, что молния над Бразилией охватила более 709 км. Держа метеорологов в напряжении, небеса всё же побили и этот рекорд, произведя 29 апреля 2020 года ещё одного гиганта — мегавспышку, которая простиралась от Техаса до Миссисипи, охватывая 768 км.

В то время как молнии традиционно ранее наблюдались с помощью наземных систем, таких как антенны и радары, многие из этих рекордных вспышек теперь регистрируются с помощью спутников. Один из них, называемый геостационарным картографом молний, состоящий из датчиков на двух спутниках, вращающихся вокруг Земли, помог выявить огромные масштабы вспышек молний в октябре 2017 года, рассказал Макгорман, автор исследования об этой бывшей рекордной вспышке.

«Эта система реагирует на свет, излучаемый вершиной облака, поэтому мы видим свет от вспышек молнии и затем можем нанести его на карту практически по всему полушарию», — сказал Макгорман.

Создание гигантов

Но даже с этими захватывающими визуальными открытиями исследователи до сих пор не уверены в точной механике, лежащей в основе таких длительных электрических иллюминаций. Размер облака почти наверняка является фактором; также необходимы, по словам Макгормана, определённые «мезомасштабные процессы — крупномасштабные потоки ветра, которые позволяют этой системе быть связанной вместе, чтобы сохраняться в течение длительного времени».

Что на самом деле происходит внутри этих чудовищных облаков?

«Эти мегавспышки выглядят как непрерывная череда разрядов в очень близкой последовательности», — сказал Кристофер Эмерсик (Christopher Emersic), научный сотрудник, изучающий электрификацию гроз в Манчестерском университете в Великобритании.

Он выдвигает гипотезу, что если облачная система сильно заряжена на большой площади, то серия разрядов может распространяться по ней подобно линии падающих домино.

«Если все домино расставлены без слишком большого зазора, одно взаимодействует с другим в большой серии опрокидываний, — сказал Эмерсик в интервью Live Science. — В противном случае это «терпит неудачу», и в этом случае вы получаете только меньшее пространственное событие с молниями, а не мегавспышку.»

Чем больше родительское облако, тем больше возможностей для продолжения распространения разряда — «поэтому, в принципе, мегавспышки могут быть такими же большими, как родительское облако, если структура заряда будет благоприятной», — сказал Эмерсик.

Это также означает, что, вероятно, существуют гораздо более крупные вспышки, чем мы уже видели.

«Штормы могут быть сильнее [тех, что мы измеряли]», — сказал Макгорман.

В сочетании с более совершенными инструментами обнаружения это делает вероятным то, что охотники за молниями будут находить куда более крупные разряды, которые побьют текущие рекорды и повысят нашу осведомленность об этих огромных природных явлениях.

Изображение: unsplash.com

Основание для беспокойства?

Несмотря на рисуемую ими апокалиптическую картину, мегавспышки не обязательно опаснее обычных молний.

«Пространственно обширная вспышка не обязательно означает, что она несёт больше энергии», — сказал Эмерсик.

Однако из-за того, что облачные системы, из которых они происходят, настолько обширны, удары мегавспышек бывает трудно предсказать.

«Такие события часто могут приводить к ударам о землю вдали от основной молниеносной активности в конвективном ядре, — отмечает Эмерсик. — Кто-то на земле может подумать, что буря прошла, но быть застигнутым врасплох одним из этих пространственно обширных разрядов, казалось бы, взявшимся ниоткуда.»

Также возможно, что в потеплевшем мире может наблюдаться всплеск типов штормов, которые будут чаще приводить к созданию условий, подходящих к куда большему проявлению мегавспышек, сказал Эмерсик.

Однако на данный момент мегавспышки не так уж сильно распространены; по оценкам Макгормана, они составляют лишь около 1% от общего числа вспышек молний. Тем не менее, такие исследователи, как он, будут продолжать охотиться — и, без сомнения, открывать — ещё больших чудовищ, чтобы мы могли ими восхищаться.

Вы беспокоитесь о безопасности, и особенно о пожарной безопасности, тогда непременно посетите «Магазин 01», где вы найдёте всё необходимое оборудование для предотвращения возникновения пожаров, а также их тушения, в том числе пожарные гидранты.