Молнию обычно представляют как яркую вспышку, которая спускается из грозовой тучи к земле. Однако в природе встречается и обратная картина: электрический разряд начинает развиваться от высокой башни, небоскрёба или вершины горы и устремляется к облаку. Такие явления называют восходящими молниями. Они отличаются от привычных ударов не только направлением начального канала, но и условиями возникновения.
Фото: grm_vr6 / Unsplash. Иллюстрация грозового разряда.
Чтобы понять необычный процесс, нужно вспомнить, как формируется грозовое электрическое поле. Внутри облака сталкиваются капли и ледяные частицы, из-за чего электрические заряды перераспределяются. Между разными областями облака и земной поверхностью возникает разность электрических потенциалов. Воздух обычно плохо проводит электричество, но при достаточно сильном поле в нём могут появиться проводящие каналы, по которым распространяется разряд.
При обычной молнии облако — земля развитие часто начинается с нисходящего лидера, который продвигается к поверхности отдельными шагами. По мере его приближения от объектов на земле могут подниматься встречные разряды. После соединения каналов возникает мощный токовый импульс, создающий яркую вспышку. Поэтому даже у привычной молнии есть участок, который растёт снизу вверх, но это ещё не означает, что вся молния была восходящей.
Восходящая молния устроена иначе. Её начальный лидер выходит непосредственно из высокого сооружения и развивается в сторону облака. По данным Национальной метеорологической службы США, такие разряды наблюдаются преимущественно у башен, высотных зданий и горных вершин. Для их появления важна не только высота объекта: значение имеют форма конструкции, расположение грозовых зарядов и быстрые изменения электрического поля в атмосфере.
Нередко пусковым событием становится другая молния, ударившая неподалёку. Она резко меняет электрическое поле, и на вершине соседней башни условия оказываются достаточными для рождения восходящего лидера. Исследователи называют такой вариант спровоцированной восходящей молнией. Королевское метеорологическое общество описывает наблюдения, в которых подобные разряды удавалось регистрировать скоростными камерами и связывать с предшествующими грозовыми вспышками.
Существуют и случаи, когда явного предшествующего удара поблизости не видно. Самопроизвольные восходящие разряды фиксировали в том числе во время зимних бурь с сильным ветром. Их возникновение сложнее объяснить одной причиной: исследователи учитывают электрическую структуру облака, рельеф и особенности атмосферного движения. Поэтому неверно утверждать, что любая высокая башня обязательно создаёт восходящую молнию при каждой грозе.
Высота сооружения действительно повышает вероятность подобных событий. На вершинах башен электрическое поле может усиливаться, а расстояние до заряженной области облака сокращается. Но универсальной высоты, после которой восходящая молния гарантирована, не существует. Обзор исследований высотных сооружений показывает, что важны также местность и метеорологические условия. В результате две башни одинаковой высоты могут иметь разную частоту разрядов.
Для науки восходящие молнии интересны ещё и тем, что позволяют изучать ранние стадии формирования электрического канала. Камеры с высокой частотой кадров, датчики электрического поля и системы регистрации молний помогают сопоставлять развитие лидера с соседними вспышками. Такие измерения уточняют модели грозовых разрядов и дают инженерам сведения, необходимые при проектировании защиты высотных сооружений.
Практическое значение исследований особенно заметно для телекоммуникационных мачт, высотных зданий и ветроэнергетических установок. Электрический ток может проходить через элементы конструкции и повреждать оборудование, поэтому молниезащита должна учитывать реальные пути разряда и повторяющиеся воздействия. При этом восходящая молния не является безопасной разновидностью грозового явления: во время грозы людям необходимо соблюдать обычные правила защиты от молнии.
Таким образом, фраза «молния ударила вверх» описывает вполне реальный физический процесс. В отдельных условиях грозовой разряд способен зародиться на высоком объекте и пойти к облаку. Его появление определяется сочетанием электрического поля, геометрии сооружения и окружающей погоды, а не каким-либо изменением привычных законов электричества.