La foudre a été étudiée pendant des siècles, mais leur nature reste encore floue. Comment provient une décharge dans un nuage, qu'est-ce que la foudre en boule, pourquoi des quanta gamma sont émis pendant un orage - ces questions n'ont pas encore été résolues. RIA Novosti parle des recherches les plus récentes dans le domaine de l'électricité atmosphérique.
"La foudre est une décharge électrique qui se déplace dans l'atmosphère le long d'un mince canal de plasma chaud - le leader - du nuage à la terre, entre les nuages ou s'élève de grands immeubles", explique Alexander Kostinsky, Ph. D. en physique et mathématiques, directeur adjoint du MIEM nommé d'après RIA Novosti. … A. N. Tikhonova, participant au projet international "La foudre et leurs manifestations", soutenu par le Ministère de l'éducation et des sciences et la Fondation scientifique russe.
Un nuage est nécessaire pour que la foudre se produise. En se levant, il se dilate, se refroidit, de petites gouttes d'eau, des flocons de neige, de la grêle et de nombreuses autres particules de différentes tailles s'y forment, appelées hydrométéores. En effet, un aérosol se forme à l'intérieur du nuage, ses particules se frottent les unes contre les autres et acquièrent des charges de signes différents.
Après la condensation d'humidité, le nuage se réchauffe un peu et monte plus haut, attirant l'air ambiant. C'est pourquoi les orages s'accompagnent d'une augmentation des vents. À l'intérieur du nuage, des couches de particules chargées positivement et négativement sont ajoutées, la pluie tombe, les décharges intra-nuages commencent, certaines atteignent le sol.
Le sprite apparaît dans la haute atmosphère après une forte décharge de foudre dans le sol.
Le canal de la foudre conduit un fort courant électrique grâce au plasma - un gaz hautement ionisé. Les photos de la caméra haute vitesse montrent le leader de la foudre en train de se diversifier en se déplaçant. Au fur et à mesure qu'il se rapproche du sol, depuis des points hauts - gratte-ciel, tours de télévision - des dirigeants montants se précipitent vers lui. Un courant puissant circule dans le canal connecté à une vitesse seulement plusieurs fois inférieure à la vitesse de la lumière. C'est ce flash que l'on voit lorsqu'il est frappé par la foudre.
«Nous observons la foudre quand elle est grosse, énergique, allume le feu, tue des animaux, désactive l'équipement. Mais le moment de son origine dans le cloud est resté l'un des principaux mystères scientifiques depuis maintenant cent ans », poursuit le scientifique.
Il existe de nombreuses hypothèses à ce sujet, qui sont très complexes et n'expliquent pas tous les phénomènes observés. Mesuré: Pour percer seulement un centimètre d'air, une tension de trente mille volts est nécessaire. Cela signifie qu'il doit y avoir des champs électriques très forts dans le nuage, mais les mesures donnent des valeurs plusieurs fois inférieures.
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«Chaque seconde, une centaine de foudre frappe le sol, et personne ne sait d'où elles proviennent. De plus, les mesures physiques montrent qu'ils ne doivent pas se former dans les nuages », note Kostinsky.
Photographie time-lapse de coups de foudre.
Boule de foudre
Un puzzle séparé est la foudre de boule. Des milliers de preuves à son sujet de différentes époques historiques sont connues, les scientifiques ont même obtenu expérimentalement des «formations de plasma sphériques» en laboratoire, mais il n'est pas possible de prouver qu'il s'agit du phénomène naturel à l'étude. La principale question (outre la nucléation) est de savoir pourquoi un caillot de plasma chargé existe dans l'atmosphère pendant si longtemps - secondes et minutes. En théorie, sans alimentation externe, il devrait refroidir en millièmes de seconde, perdant sa conductivité.
Certains chercheurs ont supposé que la foudre en boule était un effet optique, mais il y a plusieurs années, des scientifiques chinois ont filmé une lueur de boule lors de coups de foudre, qui ont duré près d'une seconde, sur une caméra à grande vitesse avec un spectromètre optique. Cela clarifiait peu la nature du phénomène, mais confirmait sa réalité.
Plus de mystères
En 1989, grâce aux satellites, un tout nouveau type d'électricité atmosphérique a été découvert: les sprites. Ils surviennent à une altitude de 70 à 85 kilomètres dans un champ électrique qui se forme après un fort coup de foudre dans le sol, lorsque la partie inférieure du nuage est déchargée. De l'espace, nous avons vu des jets bleus et des jets géants - des décharges électriques de grande longueur. Ils prennent naissance au sommet des nuages d'orage et atteignent une hauteur de 90 kilomètres.
Jet - décharge allant du nuage à une hauteur allant jusqu'à 90 kilomètres. Observatoire du Mauna Kea, Hawaï.
En 1991, les satellites américains ont enregistré des sursauts de rayons gamma, c'est-à-dire des rayons X durs, lors des orages. Ces données ont été immédiatement classifiées, décidant que des essais nucléaires au sol étaient en cours quelque part. Trois ans plus tard, après s'être assuré que la source du rayonnement était des orages, les résultats des observations ont été publiés.
«De tels quanta d'énergie viennent rarement sur Terre, même des éruptions solaires. Il s'avère que le nuage agit comme un accélérateur de particules élémentaires, à savoir les électrons et, peut-être, les positrons. Ce domaine est appelé physique des hautes énergies atmosphériques », explique Alexander Kostinsky.
Dans les années 2000, il s'est avéré qu'à l'intérieur du nuage à une dizaine de kilomètres d'altitude se formaient des sources d'émission radio bien plus puissantes que celles accompagnant la foudre. Ils ne durent que quelques microsecondes. Ils ont été appelés décharges intracloud compactes. Il n'y a pas encore de théorie généralement acceptée sur leur apparence.
L'intérêt pour les décharges électriques dans l'atmosphère des autres planètes du système solaire est toujours constant. Des images d'orages sur Jupiter et Saturne ont été obtenues, des observations dans la portée radio ont montré des décharges sur Uranus et Neptune. La question avec Vénus est toujours ouverte. Mais il n'y a pas d'orage sur Mars et Titan.
Selon Kostinsky, la science de la foudre connaît actuellement un véritable boom. Après tout, les orages et les éclairs sont des phénomènes naturels très dangereux et destructeurs. En outre, les scientifiques sont confrontés à des tâches pratiques - protéger les personnes et les animaux des rejets atmosphériques, des structures, des moulins à vent, des avions.
Des décharges de foudre dans l'atmosphère du côté nuit de Jupiter. Galileo Orbiter, 1998.
Tatiana Pichugina
