22 жовтня 2017 року грозові хмари, що збираються над центральною частиною Сполучених Штатів, випустили спалах блискавки настільки величезний, що він освітлював небо над Техасом, Оклахомою та Канзасом. Горизонтально простягнувшись понад 500 миль (500 кілометрів) через ці три стани, поштовх був настільки безпрецедентним, що група дослідників написала дослідження про нього, описуючи його як "мегафлеш": Це був один з найдовших спалахів блискавки, коли-небудь зафіксований.
Зазвичай звичайні спалахи блискавки мають довжину від 1 до 20 миль (1 і 20 км). Але як виявляють все більш складні методи картографування, над нашими головами тріщать деякі справді колосальні болти. Ці останні відкриття викликають цікаве запитання: наскільки великою може стати насправді блискавка? І чи повинні ми турбуватися про ці атмосферні важкі ваги?
Блискавка виникає в грозових хмарах, коли в одній області хмари розвивається сильний позитивний заряд, а в іншому - сильний негативний заряд, створюючи між ними електричні сили. "У районі, де електричні сили надзвичайно сильні, ініціюється спалах блискавки. Вони стають досить сильними, що повітря більше не витримує електричної сили і руйнується", - сказав Дон МакГорман, фізик і старший науковий співробітник Національного океану і Атмосферна адміністрація (NOAA) та автор статті про мегафлаш 2017.
Це означає, що в міру зростання електричної сили вона руйнує ізоляційну силу повітря, яка, як правило, тримає ділянки з різним зарядом окремо одна від одної. Дослідники вважають, що це відбувається тому, що накопичення надмірної електричної сили починає прискорювати вільні електрони у повітрі - ті, які не приєднані до атома чи молекули - які, в свою чергу, вибивають інші електрони, що втрачають свої атоми та молекули, пояснив Макгорман. Це продовжується, прискорюючи все більше і більше електронів: "Вчені називають цей процес електронною лавиною, і це саме те, що ми маємо на увазі, коли говоримо, що повітря руйнується", - сказав Макгорман Live Live.
Це врешті-решт створює в повітрі дуже гарячий канал, який діє як дріт, кінці якого виростають назовні до позитивних та негативних зарядів, які спричинили зрив. Зростаючий канал врешті-решт з'єднує позитивні та негативні заряди, і коли це відбувається, він запускає величезний електричний струм, який ми знаємо як спалах блискавки.
"Подумайте про це як про гігантську іскру, яка виросла через хмару", - сказав Макгорман.
Іноді нижня область хмари, яка зазвичай містить позитивний заряд, не має достатньо заряду, щоб зупинити канал. Тож блискавка продовжує рости, тягнучись вниз до землі. Зробивши це, він наближається до землі іскрою вгору назустріч їй - викликаючи спалах блискавки з величезними електричними струмами, які транспортують частину заряду шторму на землю. Ці хмарно-земні канали - це те, що більшість із нас зазвичай малюють, коли ми думаємо про блискавку; ті яскраві вилки, які вражають Землю.
Але які фактори обмежують розмір цих масивних болтів?
Дослідники десятиліттями намагаються відповісти на це питання. По вертикалі ступінь спалаху обмежена висотою грозової хмари або відстані від землі до її вершини - що становить найвищу близько 20 миль. Але горизонтально розгалужена хмарна система забезпечує набагато більше місця для гри.
Ще в 1956 році метеоролог на ім'я Майрон Лігда продемонстрував це, коли він використовував радари для виявлення найдовшого спалаху блискавки, який хтось коли-небудь зафіксував у цей момент: болт, що простягався на 60 миль (100 км).
Тоді в 2007 році дослідники побили рекорд, виявивши спалах над штатом Оклахома, що вимірював 200 миль (321 км). Недавнє дослідження Макгормена та його колег вибило цю кількість з парку. Світло, що випромінюється цим спалахом, було настільки сильним, що воно освітлювало площу землі в 26 000 квадратних миль (67 845 квадратних кілометрів), підрахували дослідники. Але навіть цей спалах тепер був перевершений: Ще одне недавнє дослідження в журналі JGR Atmospheres описало спалах, що охоплює 678 миль (418 миль).
Такі мега спалахи рідкісні. Але тепер, коли у нас є технологія їх виявлення, ми знаходимо їх частіше. Замість того, щоб покладатися лише на наземні системи, які використовують антени та радіолокатор для виявлення блискавки, експерти почали спостерігати за цим з зовсім іншого місця зору: супутників. Обидва нещодавні рекордні спалахи були виміряні за допомогою технології під назвою Geostationary Lightning Mapper, датчика, який присутній на двох супутниках, що обертаються навколо Землі, що забезпечує розширену картину штормових систем внизу.
"Ця система реагує на світло, що випромінюється з хмарного верху, тому ми бачимо, що світло від блискавки спалахує, і потім можемо відобразити його, майже у всьому півкулі", - сказав Макгорман.
У поєднанні з даними наземної системи під назвою Lightning Mapping Array, ці візуальні супутникові дані високої роздільної здатності намалювали картину величезного масштабу спалаху блискавки в жовтні 2017 року.
Однак ми все ще в темряві про те, як саме зростають такі величезні електричні підсвічування. Дослідники вважають, що розмір хмари є одним із факторів, оскільки чим більша хмарна система, тим більше можливостей виникнення спалахів блискавки в ній. Також, додає Макгорман, є певні "мезомасштабні процеси - великі потоки вітру, які дають змогу цій системі тривалий час зберігатись".
Отже, зі сценою, встановленою цими монстровими хмарами, що насправді відбувається всередині них? "Ці мега спалахи схожі на безперервну послідовність розрядів в дуже близькій послідовності", - сказав Крістофер Емерсік, науковий співробітник, який вивчає електризацію грози в Манчестерському університеті, Великобританія ...
Він припускає, що якщо хмарна система сильно заряджена на великій території, то ряд розрядів може поширюватися по ній, як лінія падаючих доміно. "Якщо доміно створено без надто великого проміжку, одне запускає інше у великій серії тополів. Інакше це" виходить з ладу ", і в цьому випадку ви отримаєте лише меншу просторову блискавку, а не мегафлаш" Емерсік розповів Live Science.
Чим більше батьківська хмара, тим більше можливостей для розряду продовжувати розповсюдження. "Отже, чому мега спалахи, в принципі, можуть бути такими ж великими, як батьківська хмара, якщо структура заряду буде сприятливою", - сказав Емерсік.
Це також означає, що там, ймовірно, набагато більші спалахи, ніж ми вже бачили. "Бурі можуть бути більше, ніж", - сказав МакГорман.
Іншими словами, ми досі не знаємо, наскільки точно може бути найбільший блискавка.
Незважаючи на апокаліптичну картину, яку вони малюють, мега спалахи не завжди є більш небезпечними, ніж звичайна блискавка: "Просторово-широкий спалах не обов'язково означає, що він несе більше енергії", - пояснив Емерсік.
Однак, оскільки хмарні системи, з яких вони походять, настільки великі, удари мега-спалаху важко передбачити.
"Такі події часто можуть призвести до наземних ударів, далеких від основної дії блискавки в конвективному ядрі", - сказав Емерсік. "Хтось на землі міг подумати, що шторм минув, але його здивує зненацька один із цих просторово-широких скидів, здавалося б, нізвідки".
Можливо також, що в світі, що потеплішає, може виникнути погіршення типів штормів, які спричиняють мега спалахи, сказав Емерсік. "І так опосередковано, що може зробити умови більш імовірними, тим самим збільшуючи їх частоту".
Наразі, мега спалахи не такі поширені: MacGorman підрахував, що вони складають лише близько 1% блискавок. Тим не менше, такі дослідники, як він, вирушать на полювання - і, без сумніву, виявляють - ще більші гніття, з якими нам дивуватись.
