Что вызывает молнию?

Молния — это внезапный электростатический разряд во время грозы, позволяющий заряженным областям в атмосфере временно уравниваться. Хотя молния всегда сопровождается звуком грома, при удаленной вспышке гром может быть не слышен.

Молнии подразделяются на три основных типа в зависимости от конечных точек канала разряда: внутриоблачные (IC), происходящие между заряженными областями одного облака; межоблачные (CC) — между разными грозовыми облаками; и облако-земля (CG), при которых разряд происходит между облаком и поверхностью Земли. Именно CG-молнии, хотя и составляют лишь около 25% случаев в мире, наиболее изучены, так как достигают физических объектов и представляют наибольшую угрозу для жизни и имущества.

Заряд в облаке разделяется из-за восходящих и нисходящих потоков воздуха, оставляя отрицательный заряд у основания и положительный — наверху. Когда накопленный у основания заряд создает достаточную разность потенциалов с положительно заряженной землей, формируется ступенчатый лидер, движущийся вниз. Частота, распределение и тип молний зависят от многих факторов: высоты местности, широты, влажности, близости к водоемам. Около 70% молний возникает над сушей в тропиках, где конвекция наиболее сильна. При этом в тропиках только 10% разрядов — типа CG, а на широте Норвегии (~60° с.ш.) их доля достигает 50%.

Помимо прямого разрушительного воздействия (повреждение строений, образование фульгуритов в песке, травмы у живых существ), молния вызывает гром — ударную волну от быстрого расширения перегретого воздуха вдоль канала разряда. Также разряд генерирует высокоэнергетическое излучение, включая рентгеновские и гамма-лучи.

Систематическое изучение молнии начал Бенджамин Франклин в XVIII веке, доказав её электрическую природу. Значительный прогресс был достигнут в конце XIX века с появлением фотографии и спектроскопии. В современную эпоху исследования связаны с работами К.Т.Р. Уилсона, использовавшего измерения электрического поля, а позднее — с развитием космических технологий (спутники с датчиками OTD и LIS).

Молнии также наблюдаются при вулканических извержениях ("грязные грозы") из-за образования сильно заряженных пепловых шлейфов и отмечались, например, при извержении Везувия в 79 году. Внеземные молнии зафиксированы в атмосферах Венеры, Юпитера и Сатурна космическими миссиями (Venera, Pioneer, Galileo, Cassini). На Юпитере они мощнее земных, но реже, и были обнаружены даже в полярных регионах.