«Молния ударяет по Земле более 4 миллионов раз в день, но физика, лежащая в основе этого насильственного процесса, остается плохо изученной», — сказал доктор Махер А. Дайех, научный сотрудник Отделения космической науки и техники SwRI. «Хотя мы понимаем общую механику образования грома, не совсем ясно, какие физические процессы разряда молнии способствуют тому грому, который мы слышим. Слушатель воспринимает гром в значительной степени в зависимости от расстояния до молнии. звук. Издалека он имеет более продолжительный рокочущий характер ".Хотя люди воспринимают это как мигающий разряд, молния начинается как сложный процесс накопления электростатических зарядов в грозовых облаках.
Эти заряды инициируют ступенчатые лидеры, разветвляющие электрические жилы, распространяющиеся вниз, которые впоследствии приводят к основному каналу разряда. Этот канал открывает путь почти мгновенным ответным ударам, которые образуют вспышку молнии, как мы ее видим. Изучая акустическую мощность, излучаемую различными частями канала молнии, исследователи могут узнать больше о происхождении грома, а также об энергетических процессах, связанных с молнией.«Гром и молния завораживают, необузданны и непредсказуемы, — сказал Дайех. «Из-за их непостоянной природы явления лучше всего изучать с помощью триггерных событий».
Техника включает запуск небольшой ракеты, которая тянет заземленный медный провод в грозовые облака. Медный провод обеспечивает токопроводящий канал и создает предсказуемый путь для молнии, позволяя ученым точно фокусировать свои инструменты и проводить повторяемые эксперименты вблизи канала разряда. Используя внутреннее финансирование исследований SwRI, Дайех провела экспериментальный эксперимент по визуализации акустической сигнатуры грома.
SwRI провела эксперименты в Международном центре исследования и тестирования молний при Университете Флориды в Гейнсвилле, воспользовавшись заявлением штата о наибольшем количестве ударов молний в год в США.Дайе разработал большой сложный набор микрофонов для изучения акустической сигнатуры грома. Пятнадцать микрофонов, расположенных на расстоянии одного метра друг от друга, были выстроены в 95 метрах от стартовой площадки ракеты, куда могла ударить сработавшая молния. Чтобы изобразить вертикальный профиль болта, он использовал методы пост-обработки сигнала и направленное усиление сигналов данных, захваченных микрофонной решеткой.
«Сначала я подумал, что эксперимент не сработал», — сказал Дайех. «Первоначально сконструированные изображения выглядели как красочное произведение современного искусства, которое можно было повесить над камином. Но вы не могли увидеть детальную звуковую подпись молнии в акустических данных».Однако, когда Дайех посмотрел на разные диапазоны звуковых частот, он увидел, что изображения проясняются на более высоких частотах. Эта техника показала отчетливую сигнатуру грома, создаваемого ударом молнии.
Будущие эксперименты могут позволить ученым независимо изучать вероятные акустические сигнатуры импульсов тока, ступенчатых лидерных ветвей и зигзагов разрядного канала.