Как в песчаных бурях рождаются молнии

Много лет ученые ищут объяснение такому загадочному процессу, как формирование молний. Больше всего специалистов волнует вопрос, как изначально нейтральные частицы-диэлектрики получают мощный заряд. Его генерацию в облаках песка или пыли изучили ученые из Федерального технологического института в Цюрихе (Швейцария) и университета Рутгерса (США).

Помимо грозы, молнии также возникают при пылевых бурях, в облаках вулканического пепла, а также на производстве — в клубах сахарной или угольной пыли. О разделении зарядов при этом явлении ученые говорят много лет. Но все равно остается загадкой, как изначально нейтральные частицы-диэлектрики, в отсутствие влаги и контактируя всего лишь с такими же частицами, могут создавать столь сильные поля, что возникают искры и молнии?

Изучение разделения зарядов в пылевых тучах, которое на экспериментальном уровне провели специалисты из Федерального технологического института в Цюрихе (Швейцария) и университета Рутгерса (США), должно пролить свет на многие аспекты как погодных явлений, так и эффектов, возникающих на некоторых производствах.

Простое накопление статического электричества из-за трения частиц (классическая версия), по мнению авторов нового опыта, не может объяснить наблюдаемые явления. Вместо ученые разработали иную модель: первоначальное электрическое поле поляризует частицы — одна их полусфера приобретает положительный заряд, другая — отрицательный. Мечущиеся в потоках воздуха песчинки время от времени сталкиваются между собой, и тут происходит самое интересное.

При соприкосновении двух разноименных полушарий они обмениваются зарядами, в результате чего их собственный заряд аннулируется. Но этого не происходит с полушариями, противоположными точке контакта (мешает внешнее поле). Как только две частицы разошлись, поле повторно поляризует каждую их них, но теперь не контактировавшие стороны получают дополнительный заряд, изменяя его сумму.

На первый взгляд кажется, что идея заряда нейтральных частиц через многочисленные акты нейтрализации противоречит всем законам логики, но она была проверена в опыте с бусинками, взвешенными в потоке воздуха и находящимися в электрическом поле. Когда бусинки достигали оптимальной плотности, многие из них приобретали сильный заряд. Остается только прояснить происхождение стартового поля в природных и рукотворных облаках.

Парадоксальный эффект с передачей зарядов между зернами песка или пыли отчасти напоминает опыт с плавающими в масле каплями воды, которые отталкивались друг от друга, несмотря на разноименные заряды. Детали же нового исследования изложены в статье в Nature Physics.

Своим мнением относительно эксперимента, проведенного швейцарскими и американскими учеными, с "Правдой.Ру" поделился президент Российского комитета по шаровым молниям, ведущий научный сотрудник Физического факультета МГУ, доктор физико-математических наук Владимир Бычков:

"Новое — нередко бывает хорошо забытым старым. Эффекты со сложно заряженными аэрозольными частицами исследовались Н. А. Фуксом еще в 1950 годы, чему и посвящена глава о рассеянии аэрозолей в его книге, изданной в 1955 г. Академией Наук СССР.

И эффект, наблюдаемый швейцарскими и американскими специалистами, также следует из рассмотрения рассеяния частиц, заряженных неодинаково и разнополярно. Удивительно, что зарубежные коллеги возвращаются к давно позабытым идеям. Но, как говорится, повторение — мать учения".

Вячеслав Локацкий