Процесс замыкания молнии на землю с давних пор (первые исследования на эту тему начались более века тому назад) и по настоящее время представляет большой интерес для исследователей как с точки зрения фундаментальной науки - понимания физических механизмов природного явления, - так и с точки зрения практической молниезащиты.
Учеными и фотографами, как профессионалами, так и любителями, собрано огромное количество интегральных фотографий каналов молниевых разрядов. Часто на этих фотографиях по направлению ответвлений от основного канала можно выделить канал нисходящего из облака лидера (как правило, отрицательного) и канал восходящего (как правило, положительного) лидера. Нередко в области встречи нисходящего и восходящего лидеров канал разделяется на несколько (как правило, на две) ветвей, образуя петли. Для объяснения наблюдаемого эффекта образования петлей разрядного канала молнии была предложена и в настоящее время разделяется большинством исследователей следующая модель встречи лидеров: лидеры, двигаясь приблизительно навстречу друг другу, тем не менее, не встречаются и проходят мимо друг друга, а затем ветви лидеров одновременно (или почти одновременно) встречаются с каналами противоположных лидеров.
Регистрация процесса встречи лидеров молнии и восходящего к ней с земли лидера затруднена скоротечностью этого процесса и удаленностью молниевого разряда от точки регистрации, а также сравнительной редкостью возможности регистрации молнии в целом.
В наших экспериментах с искусственным облаком заряженных водяных капель (рис.1) мы имели возможность воспроизводить лидерные разряды из облака на землю с частотой один разряд в несколько секунд и приблизить регистрирующие фотокамеры на расстояние 3 м от разрядов. Регистрация осуществлялась с помощью скоростной фотокамеры 4Picos, которая позволяет делать два последовательных кадра с малой экспозицией и большим усилением света. В результате многочисленных экспериментов было получено несколько десятков регистраций процесса встречи положительного и отрицательного лидеров (один из них шел из облака, другой поднимался с земли) и один эпизод, когда оба кадра скоростной камеры по времени оказались внутри процесса встречи лидеров.
Полученные нами скоростные фотографии (рис.2) впервые демонстрируют неизвестный ранее эффект ветвления лидеров (как положительного, так и отрицательного) в сквозной фазе (то есть в фазе, когда лидеры имеют общую стримерную зону, - положительные стримеры, выходя из головки положительного лидера, замыкаются на головку отрицательного лидера). Этот эффект, очевидно, является в части случаев причиной появления петлей в каналах длинных искровых разрядов и молний.
Еще одним эффектом, обнаруженным в настоящих экспериментах, было замыкание нисходящего лидера на канал восходящего посредством канала-перемычки, который с резким изломом соединялся с обоими лидерными каналами. Подобные формы разрядного канала нередко наблюдаются и в молниевых разрядах. Частным случаем такого эффекта можно рассматривать замыкание молнии на боковую поверхность молниеотводов и башен. Наиболее естественной причиной такого эффекта представляется замыкание через боковую ветвь одного из лидеров (в случае с замыканием молнии на башню - лидера молнии).
Регистрация двух кадров (рис.2) сквозной фазы встречающихся и ветвящихся положительного и отрицательного лидеров (на две головки каждый) позволила измерить скорость движения каждой лидерной головки - все скорости оказались близкими по величине и равными (5-5.5)∙104 м/с. Такого рода измерения до настоящего времени отсутствовали.
Рис.1. Искровые разряды между искусственным заряженным облаком и землей.
Рис.2. Встреча лидеров.
Экспозиции кадров равны: кадр I - 100 нс, кадр II - 50 нс, время между кадрами - 2 мкс.
1 и 2 - нисходящий и восходящий лидеры, соответственно; 3 - общая стримерная зона.
Н.А. Богатов, научный сотрудник ИПФ РАН
