Молния - Юман М.
Скачать (прямая ссылка):
результате этих разрядов должно измеряться микросекундами. Таким образом,
Вагнер и Хилемен предвидят быстрое уничтожение заряда короны. Против этой
точки зрения говорил тот факт, что заряд, переносимый на землю во время
распространения возвратного удара, составляет только часть заряда лидера.
С другой стороны, Пирс и Вормель [55] предположили, что уничтожение
292
7. Теория процесса разряда
оболочки короны происходит за время порядка миллисекунд (разд. 3.7.4). С
их точки зрения, ядро связано с потенциалом земли, в то время как
оболочка короны по существу находится под потенциалом облака, вызывая
радиальный ток короны с пиковой величиной около 103 А и
продолжительностью порядка миллисекунд. Расчеты тока короны, который
ожидается согласно этой модели, были выполнены Пирсом [54] и Рао и
Баттачарой [58]. Ток тлеющего разряда короны может быть использован для
объяснения 7?с-изменения поля.
Согласно наблюдениям, радиус светимости ступенчатого лидера может быть
порядка метров или более, а радиус возвратного удара по крайней мере на
порядок меньше и составляет, вероятно, только несколько сантиметров.
Большинство авторов [61, 41] приписывают быстрое уменьшение радиуса
светимости магнитному пинч-эффекту. Полагают, что ток возвратного удара
протекает сначала по каналу радиусом ~1 м, а затем сжимается. То, что это
маловероятно, становится ясно при подстановке соответствующих величин в
простые формулы квазиравновесногсг пинч-эффекта [66]. Для магнитного
давления в канале с радиусом 1 м, превышающего, скажем, 1 атм
(уравновешивающего или превышающего давление внутри канала возвратного
удара, вызванное ионизацией и повышением температуры), ток, протекающий
внутри этого канала, должен превышать 106 А, что является неестественно
высокой величиной. Магнитное давление на поверхность канала изменяется
пропорционально квадрату тока и обратно пропорционально квадрату радиуса
канала. Более вероятное объяснение кажущегося уничтожения канала лидера
заключается в том, что яркость короны падает, когда потенциал ядра
становится близким к потенциалу земли. С этой точки зрения наблюдается
только видимость уничтожения канала, которая определяется по изменению
светимости короны. Как ток лидера, так и ток возвратного удара протекают
в относительно узком канале. Альтернативная точка зрения на уничтожение
канала лидера выражена Лебом [38] и представлена в разд. 7.4.3.
Волновой фронт возвратного удара проходит несколько метров канала лидера
за 0,1 мкс. Рассмотрим физичес-
7.6. Теории возвратного удара
293
кие явления, протекающие на этом коротком участке канала молнии. Мы
предполагаем, что канал лидера имеет проводящее ядро, по которому
проходит возвратный удар. Ядро лидера находится, вероятно, в равновесии с
окружающим его воздухом и, таким образом, находится примерно при
атмосферном давлении. Прежде чем тяжелые атомы или ионы газов могут
заметно переместиться, возвратный удар сообщает ядру лидера (или тому,
что осталось от_ ядра) значительную энергию. Следовательно, температура
ядра возрастает. Давление в ядре (или в канале возвратного удара) также
должно расти, поскольку плотность ядра не может существенно измениться.
Концентрация частиц в ядре увеличивается в результате ионизации и
диссоциации. Если температура ядра увеличивается на порядок, скажем, с
3000 до 30ООО К, давление будет возрастать до величины, превышающей 10
атм. Возможно, что в этот момент магнитный пинч-эффект может стать
важным. В канале радиусом 1 см должен протекать ток 8-104 А, прежде чем
магнитное давление превысит внутреннее давление канала в 10 атм; в канале
радиусом 0,1 см ток должен превышать 8-103 А. Будем считать, что влияние
магнитного поля несущественно. Поскольку давление внутри канала превышает
давление окружающего воздуха, канал будет расширяться. Это расширение,
очевидно, будет происходить со сверхзвуковой скоростью и, следовательно,
создаст резкую цилиндрическую ударную волну, превращающуюся в итоге в
гром (разд. 6.3.1 и6.3.2). Фаза ударной волны расширения канала
продолжается от 5 до 10 мкс. При распространении ударной волны плотность
газа в токопроводящем канале за ней уменьшается, и в последней фазе
ударной волны, как это мы видели в разд. 5.5.2, температура канала
составляет около 30 000 К. Некоторые предположения относительно
электрического поля и рассеяния мощности в канале молнии во время фазы
ударной волны приведены в разд. 7.3.3. Доказательства справедливости
модели канала молнии, описанной выше, получены из спектроскопического
измерения давления в молнии и в длинных воздушных искрах (разд. 5.5.2 и
[51 ]), из измерений грома (разд. 6.3.1), из многочисленных лабораторных
измерений расширения канала искры [12, 19, 20, 50] и из теоретических
рассмотрений [1, 9].
294
7. Теория процесса разряда
После фазы ударной волны расширение канала завершается,
высокотемпературный канал с низкой плотностью приходит за микросекунды
