1.2. СТУПЕНЧАТЫЙ ЛИДЕР

В 1930 г. Шоиланд, Малан, Коллинз и Ходжес в ЮАР широко использовали камеру Бойса, которая обеспечила относительное движение пленки и объективов для получения временного разрешения характерных черт светимости молнии. Кроме того, они измерили и дали интерпретацию изменениям напряженности электрического поля, происходящим в период вспышки молнии. Основываясь на их наблюдениях и используя последующие работы, можно создать картину особенностей светимости вспышки молнии облако — земля (рис. 1.3). (Фотографии, аналогичные той, схема которой приведена на рис. 1.3, получаются при помощи камеры, состоящей в основном из неподвижного объектива и ленточной фотографической пленки, которая движется горизонтально с постоянной скоростью через плоскость изображения.) Каждый импульс молнии начинается со слабосветящегося предразряда, ливерного процесса, который направлен

от облака к земле и за которым немедленно следует очень яркий возвратный удар. Возвратный удар распространяется от земли к облаку. Предразряд облако — земля, предшествующий первому возвратному удару во вспышке, называется ступенчатым лидером.

Рис. 1.3. а — детали светимости вспышки молнии, которые регистрируются камерой с неподвижным объективом и движущейся пленкой. Увеличение времени слева направо. Для ясности шкала времени нелинейна, та же вспышка молнии, зарегистрированная камерой с неподвижной пленкой.

Многие исследователи полагают, что ступенчатый лидер начинается с локализованного электрического пробоя между областями грозового облака (рис. 1.2). Этот пробой вызывает перемещение электрических зарядов, которые ранее были связаны с частицами льда или воды. Результирующая высокая концентрация отрицательного заряда в основании облака может создавать электрические поля, которые в свою очередь приводят к возникновению отрицательно заряженной колонны, распространяющейся по направлению к земле. Эта колонна называется ступенчатым лидером, по-видимому, потому, что движется вниз светящимися ступенями, характерная длина которых составляет 50 м, а интервал времени между ступенями — около 50 мкс. В интервалах между ступенями ступенчатый лидер не светится, или, более правильно, он светится

недостаточно сильно, чтобы его можно было зарегистрировать на фотопленку при помощи камеры Бойса или барабанной камеры. Каждая ступень лидера становится яркой и видимой за время, меньшее 1 мкс. Был сфотографирован тусклый канал между вершиной ступени и основанием облака. На рис. 1.3 показаны ступени длиной 50 м в виде наконечников стрел на тускло светящемся канале, который простирается вверх к облаку.

Рис. 1.4. Фотография ступенчатого лидера, полученная с неподвижным объективом и движущейся пленкой. С левой стороны фотографии интенсивность лидера значительно увеличена. Это увеличение достигается изменением экспозиции при репродуцировании. На фотографии воспроизведена молния на Монте Сан Сальваторе вблизи Лугано, Швейцария, которая впервые опубликована Бергером и Фогельзангером [4].

Фотография ступенчатого лидера, полученная с помощью барабанной камеры, показана на рис 1.4. Характерная средняя скорость ступенчатого лидера во время прохождения к земле составляет Следовательно, для прохождения расстояния в 3 км необходимо около 20 мс. Типичный ступенчатый лидер, когда он подходит к земле, содержит отрицательный заряд около Средний ток в ступенчатом лидере, способный перенести такое количество электричества за десятки миллисекунд, должен иметь порядок 100 А. Диаметры светящихся ступенчатых лидеров, измеренные фотографическим способом, заключены в интервале от 1 до 10 м. Большинство исследователей полагают, что ток ступенчатого лидера протекает по

узкому проводящему стержню в центре наблюдаемого лидера и что большой диаметр светимости вызван окружающей стержень короной. Несомненно, электрические явления и явления светимости, происходящие в ступенчатом лидере, по длительности и протяженности много меньше наблюдаемых. Сводка данных о ступенчатом лидере приведена в табл. 1.1.