Учени изчислиха математически точно светкавицата

Учени са създали най-пълния физически модел на процесите, които се случват непосредствено преди гръмотевичния разряд. Съвременната наука разбира как и защо възникват светкавиците в облаците. Но редица нюанси са убягвали на изследователите, включително разбирането на „тъмните светкавици“ – мощни рентгенови изблици в небето без светлинни и радиоимпулси. Новото изследване обяснява най-пълно какво се случва там.

Подробно обяснение на явлението

„Нашите резултати дават първото точно количествено обяснение за това как възникват светкавиците в природата“, каза Виктор Паско, професор по електротехника във факултета по електротехника и компютърни науки на Пенсилванския университет. „Това позволява да се установи връзка между рентгеновите лъчи, електрическите полета и физиката на електронните лавини.“

Според учените, преди гръмотевичния разряд в облаците се случва мощна верижна реакция. В гръмотевичните облаци силни електрически полета ускоряват електрони, които се сблъскват с молекули на азот, кислород и други. В резултат на реакциите възниква рентгеново излъчване, което от своя страна поражда още повече електрони и високоенергийни фотони. Едва след това се появяват светкавиците.

Новата работа позволява детайлно и количествено да се опишат последните секунди и дори части от секундата преди разряда.

Потвърждаване на теорията

„Ние обяснихме как се случват фотоелектричните явления, какви условия трябва да има в гръмотевичните облаци, за да се задейства каскада от електрони, и какво предизвиква широкия спектър от радиосигнали, които наблюдаваме в облаците преди удара на светкавицата“, обясниха изследователите. „За да потвърдим нашето обяснение на процеса, ние сравнихме резултатите си с предишни модели, резултати от наблюдения и наша собствена работа върху типа светкавици, наречени компактни междуоблачни разряди, които обикновено възникват в малки локални области на гръмотевичните облаци.“

Разбиране на "тъмните светкавици"

Едно от следствията от работата е обяснението на физиката на процеса на „тъмните светкавици“, когато в небето възниква само гама-изблик без видим разряд и без радиоимпулс.

„В нашето моделиране високоенергийното рентгеново излъчване, възникващо в резултат на релативистичните електронни лавини чрез фотоелектричния ефект във въздуха, генерира нови първични електрони, което води до бързо усилване на тези лавини“, обясниха учените.

„Освен че тази верижна реакция се случва в много компактни обеми, силата ѝ може силно да варира, което често води до откриване на рентгеново излъчване, придружено от много слабо оптично и радиоизлъчване. Това обяснява защо гама-изблиците могат да възникнат в области, които изглеждат оптически тъмни и радио мълчаливи.“