Американские и европейские физики сумели ответить на давний вопрос о том, что именно инициирует разряд молнии в облаках. Для этого они воспользовались низкочастотной решеткой LOFAR, составленной из тысяч небольших радиотелескопов, изначально предназначенной для астрономических наблюдений и разработанной нидерландскими инженерами. Статья об этом опубликована в журнале Geophysical Research Letters.
«Было как-то даже неловко. Это самый энергоемкий процесс на планете, однако мы понятия не имели, как это все работает», — признался Брайан Хэйр, исследователь молний из Гронингенского университета в Нидерландах, один из соавторов новой статьи. Визуально изучать процесс образований молний весьма затруднительно, поскольку грозовые облака непрозрачны. Метеозонды и ракеты в последнее время дали ученым возможность изучить внутренности облаков, однако само их присутствие внутри облачности искажает данные, искусственно создавая искры, которые иначе не могли бы возникнуть естественным образом. Теперь на помощь исследователям пришли инструменты радиоастрономов. Решетка радиотелескопов LOFAR изначально разрабатывалась для изучения далеких галактик и взрывающихся звезд, однако, как выяснилось, она также прекрасно подходит и для изучения земных молний.
Во время съемок выяснилось, что материализующаяся молния перед своим появлением порождает миллионы случайных радиоимпульсов, однако практически все они исходят из небольшой области размером 70 м глубоко внутри грозового облака. Одна из теорий гласила, что разряды молний могут быть спровоцированы космическими лучами — высокоэнергичными частицами из космоса, сталкивающимися с электронами внутри облака и вызывающими тем самым электронные лавины, которые усиливают электрические поля. Однако исследователи сумели теперь подтвердить конкурирующую теорию, согласно которой все начинается со скоплений кристаллов льда внутри облака. Турбулентные столкновения между кристаллами позволяют им избавляться от части электронов, при этом один из концов каждого кристалла льда становится положительно заряженным, другой — отрицательно. Дорожки ионизированного воздуха порождают стримеры, один из которых в конце концов оказывается достаточно горячим и проводящим, чтобы превратиться в лидера — канал в атмосфере, по которому может пойти полноценный мощный разряд молнии.
Ключевая роль ледяных кристаллов в этих процессах согласуется с недавним заключением о том, что активность молний на планете снизилась более чем на 10% во время первых трех месяцев пандемии Covid-19. Исследователи связывают это падение с уменьшением количества загрязняющих веществ в воздухе и, следовательно, с уменьшением числа участков, где могут зарождаться кристаллики льда.