Оценка энергии свечения ночного неба над грозовыми...

Оценка энергии свечения Оценка энергии свечения ночного неба над ночного неба над

грозовыми разрядамигрозовыми разрядами

  11КозакКозак Л. В., Л. В., 22Одзимек А. Н., Одзимек А. Н., 11Клоков И. С. Клоков И. С.

11ККиевский национальный университет иевский национальный университет имени Тараса Шевченка, Кимени Тараса Шевченка, Киев, Украинаиев, Украина

22Институт геофизики Польской академии наук, Институт геофизики Польской академии наук, ПольшаПольша

Что мы видим в небе?Что мы видим в небе?

Подробнее:Подробнее:Кратковременные Кратковременные

оптические явленияоптические явления

СПРАЙТЫ ЭЛЬФЫ ГОЛУБЫЕ ДЖЕТЫ

Возникают навысотах 70-75 км

Распространяются до40 км

Большая часть вызвана +CG - разрядами

Развитие во времени:1-100 мс

Формируются на высотахоколо 90 км

Кольцо света распространяется до 300 км

Формируются через~0.3 мс после разряда

Очень редкое явление!

Начинаются с вершин облаков

Начальная скорость около 200 км/с

Скорость порядка скорости света

Достигают высот30-40 км

Распределение молний по Распределение молний по поверхности Землиповерхности Земли

Рис 1.1. Розподіл блискавок по поверхні Землі

Видео распределения гроз из МКСВидео распределения гроз из МКС

Milky way

Некоторые особенности Некоторые особенности образования грозовых облаков и образования грозовых облаков и развития грозыразвития грозы

- - основным источником энергии, питающей грозовую тучу, есть восходящие основным источником энергии, питающей грозовую тучу, есть восходящие потоки теплого воздуха, насыщенные водяным паром, при конденсации потоки теплого воздуха, насыщенные водяным паром, при конденсации которого и замерзании образованных водяных капель в облако которого и замерзании образованных водяных капель в облако выделяется скрытая теплота, которая усиливает конвекцию и выделяется скрытая теплота, которая усиливает конвекцию и восходящие потоки;восходящие потоки;

- - процесс электризации водных капель требует наличия в воздухе процесс электризации водных капель требует наличия в воздухе начальных "затравочных" ионов и заряженных аэрозольных частиц, начальных "затравочных" ионов и заряженных аэрозольных частиц, которые возникают, главным образом, за счет космических лучей, которые возникают, главным образом, за счет космических лучей, радиоактивных газов и радиоактивности пород земной поверхности;радиоактивных газов и радиоактивности пород земной поверхности;

- крупномасштабное пространственное разделение разноименных зарядов крупномасштабное пространственное разделение разноименных зарядов происходит благодаря наличию восходящих потоков теплого влажного происходит благодаря наличию восходящих потоков теплого влажного ионизированного воздуха и воздействия гравитацииионизированного воздуха и воздействия гравитации;;

- электрические разряды в грозовых облаках инициируются электрические разряды в грозовых облаках инициируются галактическими космическими лучами сверхвысоких энергий, которые галактическими космическими лучами сверхвысоких энергий, которые образуют широкие атмосферные лавины (ШАЛ). образуют широкие атмосферные лавины (ШАЛ).

Аппаратура для наблюденийАппаратура для наблюдений

1. Камера – Watec LLTV (902H2)•Объектив (16 мм f/1.4)•Объектив (35 мм f/1.2)•Объектив (50 мм f/0.75)2. Видео захватчик USB (Pinnacle Dazzle DVD Recorder)3. KIWI-Garmin GPS Receiver4. Поворотное устройство5. Компьютер с программой UFO

Изображение грозы из космосаИзображение грозы из космоса

Некоторые результаты Некоторые результаты наблюденийнаблюдений

Метод получения калибровочной кривойМетод получения калибровочной кривой Фотографии расфокусированной ВегиФотографии расфокусированной Веги

14

Значение потока который Значение потока который регистрирует камерарегистрирует камера

ггде де SSобоб – площадь входного зрачка объектива, – площадь входного зрачка объектива, – телесный угол – телесный угол соответствующий рассоответствующий расccфокусированным изображениям Веги, фокусированным изображениям Веги, tt – – время экспозиции, время экспозиции, EEαLyrαLyr(λ)(λ) – спектральная плотность излучения – спектральная плотность излучения Веги, Веги, kkоо(()) – коэффициент пропускания оптики, – коэффициент пропускания оптики, ppzz(λ)(λ) – – коэффициент пропускания атмосферы на заданном зенитном коэффициент пропускания атмосферы на заданном зенитном расстоянии, расстоянии, SSкамкам(λ)(λ) – спектральный коэффициент чувствительности – спектральный коэффициент чувствительности ПЗС, а ПЗС, а 22––11 – спектральный диапазон чувствительности камеры.– спектральный диапазон чувствительности камеры.

15

2

1

( ) ( ) ( ) ( ) ,об Lyr o z камF S t E k p S d

Распределение энергии в спектре Веги

Спектральная чувствительность фотоприемника ICX249AL

Коэффициент пропускания атмосферы на зенитном

расстоянии (z = 44°)

Калибровочная кривая

Изофоты свеченияИзофоты свечения

18

Параметры грозовых разрядов

№№ Грозовой разрядГрозовой разряд ЭнергияЭнергия

W, 10W, 1066 ДжДж

Длит.Длит.свечениясвеченияttсвечсвеч, сек, сек

МощностьМощность

P, 10P, 1066 ВтВт

ВысотаВысота

hh, км, кмДатаДата ВремяВремя

11 11/08/0911/08/09 23:33:4223:33:42 1.071.07 0.640.64 1.671.67 6.86.8

22 11/08/0911/08/09 23:40:2323:40:23 0.70.7 0.440.44 1.61.6 6.56.5

33 11/08/0911/08/09 23:59:2523:59:25 0.720.72 0.520.52 1.381.38 77

44 12/08/0912/08/09 00:56:3200:56:32 1.71.7 0.720.72 2.362.36 6.66.6

55 12/08/0912/08/09 01:07:1001:07:10 22 0.840.84 2.382.38 6.76.7

66 12/08/0912/08/09 02:03:0402:03:04 1.81.8 0.80.8 2.252.25 5.25.2

77 12/08/0912/08/09 02:14:2502:14:25 2.42.4 1.21.2 22 5.75.7

88 12/08/0912/08/09 02:29:5202:29:52 2.62.6 1.081.08 2.42.4 5.55.5

( ) ( )1

N

ізофот і ізофот іi

F E S

2

1

4 k

об

RW F tS

/ свечP W t

Глобальная атмосферно-Глобальная атмосферно-электрическая цепьэлектрическая цепь

Ip = 1000 A,

Δφ = 300 кB,

j = 2·10-12 A/м2

Ігр = 0.1 – 6 А,

Nгр = 1500 - 1800

5

Основные уравнения для описания Основные уравнения для описания глобального атмосферного глобального атмосферного

электрической цепиэлектрической цепи

tHErot

0

tEjHrot

0

0Ediv

0Hdiv

00LT 2

02 LT

При условии:

Т – характерный временной масштаб, L – характерный пространственный масштаб задачи, λ – проводимость атмосферы.

0Erot

0

Ediv

0 jdiv

t

=>

0 jdiv

t

Основные параметры глобальной атмосферной электрической цепи

ss

j E D j

Электропроводность атмосферы:

00 0

01 0

02 0

exp , 0 3.60.82

exp , 3.6 17.74.1

exp , 17.7 40.07.0

r r r r км

r r r r км

r r r r км

)6.3(1

)7.17(2

00

r re

E

0 jdiv

t

0 0 0 ii

D div jt

Плотность электрического тока

i

ii rrqgraddiv 4

00 rr

Rr

+

( )

014

1

i ia z z

i i ah

eI qe

электропроводности в области отрицательного и положительного зарядов грозового облака

i iiiI

r 11

41

20

01 exp ( )i ii

r q G r r

i

i

i

i

ii rrrrG

2

exp2

exp

2exp,

Потенциал системы грозовых облаков

Параметры моделированияПараметры моделирования

Грозовые облака Грозовые облака размещены в размещены в кубической области с кубической области с ребром L = 14000 мребром L = 14000 мα = 1/6400 мα = 1/6400 мq = q = ±20 Кл ±20 Кл Δz = 2000 мΔz = 2000 м h = 60000 м h = 60000 м Шаг расчета по Шаг расчета по координате – 100 мкоординате – 100 м

5400 м

5600 м

Результаты моделирования на высоте 5600 м

Оценка энергии:

2 ,

где

W E dV

E

Значение энергии:

W ~ 0.6·109 Дж

ВыводыВыводыВВ результате результате наблюдений на горе «Кошка» КрАО пнаблюдений на горе «Кошка» КрАО получено 56 олучено 56

видео с грозовыми разрядами над Черным морем. видео с грозовыми разрядами над Черным морем. Из обработки 8-ми видео грозовых разрядовИз обработки 8-ми видео грозовых разрядов получено: получено: энергия варьируется в пределах (0.7 - 2.6)энергия варьируется в пределах (0.7 - 2.6)10106 6 Дж,Дж, длительность длительность свечениясвечения 0.5 - 1.2 сек, 0.5 - 1.2 сек, мощность (1.4 - 2.4)мощность (1.4 - 2.4)101066 Вт, Вт, высота появления 5.2 – 7 км.высота появления 5.2 – 7 км.Из численного моделирования квазиэлектростатическогоИз численного моделирования квазиэлектростатического поля поля

системы грозовых облаков с использованием модели системы грозовых облаков с использованием модели Вильсона, определено, что расстояние затухания Вильсона, определено, что расстояние затухания электрического поля созданного грозовой тучей составляет электрического поля созданного грозовой тучей составляет порядка 10 кмпорядка 10 км, а максимально возможная энергия заданной , а максимально возможная энергия заданной системы 5 грозовых разрядов - 6системы 5 грозовых разрядов - 6··101088 Дж. Дж.

Спасибо за внимание!

Дякую за увагу!Дякую за увагу!

•Диаметр канала молнии равен примерно 1 см, •температура в канале молнии около 25 000°С, •продолжительность разряда доли секунды, •ток молнии может достигать значений 1 млн А,•напряженность поля пробоя (10-30) кВ/см.

Особенности образования Особенности образования грозовых грозовых облаков и молнийоблаков и молний

--                основным источником энергии грозового облака является основным источником энергии грозового облака является скрытая теплота, выделяемая в результате замерзания скрытая теплота, выделяемая в результате замерзания капель воды;капель воды;

--                электризация капель возникает преимущественно за счет электризация капель возникает преимущественно за счет космических лучей и радиоактивности пород земной космических лучей и радиоактивности пород земной поверхности;поверхности;

--                крупномасштабное пространственное разделение крупномасштабное пространственное разделение разноименных зарядов происходит благодаря наличию разноименных зарядов происходит благодаря наличию восходящих потоков теплого влажного ионизированного восходящих потоков теплого влажного ионизированного воздуха и воздействия гравитации;воздуха и воздействия гравитации;

--                электрические разряды в грозовых облаках инициируются электрические разряды в грозовых облаках инициируются галактическими космическими лучами сверхвысоких энергий.галактическими космическими лучами сверхвысоких энергий.

Динамика спрайтов:Динамика спрайтов:

Високошвишкісна зйомка спрайту 13 серпня 2005 року 03:12:32 UT

Типы разрядовТипы разрядов