Молния - Юман М.
Скачать (прямая ссылка):
Даже если амплитуды импульсов равны предположенным, частотные
характеристики импульсов лидера и возвратного удара должны существенно
различаться, так что полоса пропускания измерительной системы должна
давать точное отношерие амплитуд импульсов. Тем не менее полученные
результаты приемлемы.
Ходжес [26], используя скорость нарастания тока возвратного удара 9,25
кА/мкс, нашел, что модуль скорости нарастания тока для лидеров a-типа
составляет 0,62 кА/мкс, а для лидеров 0-типа 2,6 кА/мкс. Для тока
продолжительностью 1 мкс (продолжительность свечения ступени 1 мкс или
меньше, а время разрешения камеры Бойса около 1 мкс) следует ожидать
максимальный ток порядка 1 кА. Заряд, переносимый вниз в течение 1 мкс,
будет равен 10_3 Кл. Вполне развившийся лидер длиной 4 км с общим зарядом
4 Кл будет иметь удельный заряд около 10_3 Кл/м. Поскольку длина ступени
около 50 м, заряд, приходящийся на ступень лидера, на порядок выше, чем
заряд, снижающийся в течение периода свечения лидера, что подтверждает
точку зрения Шонланда [70]. Подтверждение того, что верхний предел тока в
ступени составляет 1 кА, можно найти в фотографических данных. След,
оставленный на фотографии (полученной камерой Бойса с разрешением 1 мкс)
ступенью лидера с током, скажем, 10 кА и продолжительностью 1 мкс, должен
быть, вероятно, таким же ярким, как и от возвратного удара. Установлено,
что светимость ступени очень слаба по сравнению со светимостью
возвратного удара. (Отметим, что светимость канала не обязательно прямо
пропорциональна току в канале.) Дополнительные подтверждения тому факту,
что ток в ступени не превышает 1 кА, могут быть получены из измерений
магнитного поля Нориндера и Кнудсена [57]. Эти данные будут обсуждаться в
разд. 3.9.
Чтобы из измерений поля лидера определить, какой заряд заключается в
ступенчатом лидере, необходимо знать,
110
3. Измерения злектрического и магнитного полей
какой процент изменения поля вызван ступенчатым лидером, и иметь
однозначную физическую модель распределения заряда ступенчатого лидера.
Таких данных в нашем распоряжении нет. Пайерс [61 ] сообщает, что общее
предударное изменение поля было в среднем на 120% больше, чем последующее
изменение поля в результате возвратного удара для предударных изменений
без части /, и на 240% больше для предударных изменений с частью /.
Пайерс дает среднее изменение момента за весь предударный процесс около
30 Кл-км. Он предположил, что, согласно его измерениям, ступенчатый лидер
переносит заряд около 8 Кл. Кларенс и Малан [14] не представляют никаких
количественных данных относительно изменений поля. Шонланд [71]
предполагает, что ступенчатый лидер переносит по крайней мере 9 Кл, часть
из которых используется для нейтрализации части заряда р-области.
Брук и др. [8] нашли, что минимальный заряд, переносимый первыми
импульсами, составляет 3 Кл, а наиболее часто встречающаяся величина
этого заряда лежит между 3 и 4 Кл. Для одноимпульсных вспышек средний
переносимый заряд составляет 4,6 Кл. Было найдено, что первые импульсы
переносят заряд вплоть до 20 Кл. Определение заряда лидера из этих данных
должно проводиться с особой осторожностью, поскольку величина заряда,
переносимого возвратным ударом вслед за ступенчатым лидером, может быть
больше или меньше заряда ступенчатого лидера. Она будет больше, если ток
во время возвратного удара течет из резервуара облачного заряда, или
меньше, если возвратный удар отводит не весь заряд, перенесенный
ступенчатым лидером в окружающую среду. По разумным оценкам порядка
величины ступенчатый лидер будет иметь заряд 5 Кл. Для переноса заряда
этой типичной величины в течение десятков миллисекунд потребуется ток
порядка 100 А. Вильямс и Брук [87] измерили магнитные поля двух
ступенчатых лидеров и оценили их средние токи в 50 и 63 А. Токи
движущихся вверх ступенчатых лидеров (разд. 4.4) имеют величины порядка
100 А. Следовательно, имеющиеся данные относительно установившихся токов
ступенчатых лидеров находятся в удовлетворительном согласии с данными о
заряде лидера.
3 7. Изменение, обусловленное молнией облако - земля 111
3.7.3. Стреловидный лидер
Из фотографических измерений (разд. 2.3.3) было установлено, что
стреловидные лидеры обычно движутся к земле почти с одинаковой скоростью.
Чтобы изменение поля, показанное на рис. 3.5 (как функция х или t),
однозначно представляло изменение поля стреловидного лидера, канал
стреловидного лидера должен быть заряжен равномерно. Шонланд и др. [74]
представили доказательства, что это действительно так, проверив отношение
изменения поля лидера к изменению поля последующего возвратного удара. Из
рис. 3.9, полученного для равномерно заряженного лидера, видно, что при
Я/5)< 1 отношение изменений поля лидера и возвратного удара равно
единице. Как отмечалось на стр. 82, центр эффективного отрицательного
заряда лидера, когда он касается земли, находится на высоте Я/2.
Возвратный удар снижает центр эффективного заряда от Я/2 до земли. Таким
