Молния кажется мгновенной вспышкой в небе, но на самом деле за ней стоит сложный процесс разделения электрических зарядов внутри грозового облака. В считанные секунды в атмосфере формируется мощное электрическое поле, которое в конечном итоге приводит к гигантскому электрическому разряду.

Все начинается со льда

Главную роль в формировании молнии играют кучево-дождевые облака — гигантские атмосферные системы, внутри которых постоянно движутся вода, лед и град.

Сильные восходящие потоки воздуха поднимают небольшие капли воды к верхней части облака. Там они замерзают, превращаясь в мелкие частицы льда. Некоторые из них продолжают расти и превращаются в более крупные градины.

Когда град становится слишком тяжелым, восходящий поток уже не способен удерживать его, и ледяные частицы начинают падать вниз. По пути они сталкиваются с мелкими ледяными частицами.

Именно эти столкновения становятся первым шагом к появлению молнии.

Как облако превращается в огромную батарею

Во время столкновений между частицами происходит перераспределение электронов. Крупные градины получают отрицательный заряд, а мелкие ледяные частицы, потерявшие электроны, становятся положительно заряженными.

Восходящие потоки воздуха продолжают поднимать легкие положительно заряженные частицы вверх. В результате верхняя часть облака постепенно приобретает положительный заряд.

Более тяжелый отрицательно заряженный град, наоборот, опускается вниз. Так внутри облака возникает своеобразная электрическая система: верх становится преимущественно положительным, а нижняя часть — отрицательной.

Фактически грозовое облако начинает вести себя как гигантская батарея, между противоположными «полюсами» которой возникает мощное электрическое поле.

Почему молния ударяет в землю

Отрицательный заряд в нижней части облака воздействует и на поверхность Земли. Электроны в земле отталкиваются от облака, поэтому поверхность и расположенные на ней объекты получают относительно положительный заряд.

Но воздух плохо проводит электричество. Поэтому накопившаяся разность потенциалов не приводит к разряду сразу.

Когда электрическое поле становится достаточно сильным, ситуация меняется. Из основания облака начинают распространяться вниз разрядные каналы — так называемые ступенчатые лидеры. Они движутся не непрерывно, а отдельными шагами, постепенно прокладывая путь к земле.

В ответ на это с поверхности Земли навстречу им поднимаются положительные стримеры. Особенно активно они возникают на острых и выступающих объектах — например, на высоких зданиях, деревьях или мачтах.

При этом вовсе не обязательно, что молния ударит в самый высокий объект. Решающее значение имеет то, какой из восходящих стримеров первым встретится с нисходящим каналом.

Вспышка молнии длится доли секунды

Когда нисходящий лидер соединяется с одним из положительных стримеров, образуется проводящий канал между облаком и землей. По нему проходит огромный электрический ток.

Именно этот мощный обратный разряд мы и воспринимаем как яркую вспышку молнии. Его скорость может достигать примерно 430 тысяч километров в час.

Причем то, что мы называем одной молнией, на самом деле может состоять из нескольких отдельных импульсов тока, следующих друг за другом с интервалом всего в несколько сотых секунды. Поэтому некоторые молнии выглядят мерцающими.

Молния может возникать не только между облаком и землей. Электрический разряд способен происходить внутри одного облака или между разными облачными образованиями, если между ними возникает достаточно большая разность зарядов.

Почему молния нагревает воздух сильнее поверхности Солнца

Электрический ток молнии проходит по чрезвычайно узкому каналу воздуха — обычно всего несколько сантиметров в диаметре. Несмотря на его небольшую ширину, температура внутри канала практически мгновенно поднимается примерно до 30 тысяч градусов Цельсия. Это примерно в пять раз выше температуры поверхности Солнца.

Именно раскаленный канал плазмы создает ослепительную бело-голубую вспышку, которую мы видим во время грозы. Но он же отвечает и за другое знакомое явление — гром. Столь стремительный нагрев воздуха заставляет его резко расширяться. Возникает мощная ударная волна, которая распространяется по атмосфере и достигает наших ушей в виде грома.

Поэтому молния и гром — это фактически два разных проявления одного и того же процесса: молния показывает нам энергию электрического разряда, а гром — последствия мгновенного нагрева воздуха вокруг него.

По материалам канала Met Office - Learn About Weather