Pátrání po příčinách vzniku blesků v atmosféře bylo navzdory dostupné moderní technice a přes usilovnou snahu vědců desítky let doprovázeno četnými nezdary. Avšak nyní se především díky pracovníkům technické univerzity v Novém Mexiku snad začne blýskat na lepší časy.

Noční bouře nad centrálním Novým Mexikem ze vzdálenosti 50 km. Výboje uvnitř mraku jsou klasické optice, skryty, ale ne tak VHF technice. Kredit: Harald Edens

Technicky bleskem rozumíme elektrostatický výboj, který se v bouřkách vyskytuje jak uvnitř, tak vně bouřkového oblaku (kumulonimbu). Okolní vzduch představuje dielektrikum, které je pro vedení elektrického proudu nevlídným prostředím. Pro jeho dostatečnou ionizaci a následný průraz, který je podmínkou pro vznik jiskry, se v něm musí nalézat silné elektrické pole. Vytváří se postupným oddělováním elektrických nábojů v oblaku.

Paul Krehbiel, Bill Rison a Ron Thomas - trio profesorů z Nového Mexika přebírají cenu Americké meteorologické společnosti.

Široce přijímaným mechanismem vysvětlujícím vznik jednotlivých oblastí se silnými elektrickými náboji v oblačnosti jsou procesy přirozené polarizace a masivního střetávání hydrometeorů při hluboké konvekci. Těžší záporně nabité elementy (krupky) klesají do nižších částí oblaku. Lehké a kladně nabité ledové krystalky se soustřeďují v jeho horní části. Intenzita výsledného elektrického pole tímto způsobem nikdy nedosáhne mezních hodnot pro bezprostřední vznik klasického bleskového výboje.

Byla to právě neschopnost objasnit princip iniciace blesků v nedostatečně silném elektrickém poli, která po dlouhá léta trápila vědeckou obec. Vyústila v tvorbu odvážné hypotézy, která se snažila do procesu zatáhnout kosmické částice pohybující se relativistickou rychlostí. Jako by elektrony poletující si spokojeně vesmírem neměly nic jiného na práci než na Zemi odpalovat relativisticky urychlené průrazy v atmosféře (RREA). Při bouřkách, sopečných erupcích nebo zemětřeseních.

Současně s celosvětovým vymýšlením bleskonosných teorií však vědci nepřestávali nadále pozorovat a měřit bleskové výboje, přesněji elektromagnetické impulsy.

Zejména pak muži stopující blesky z univerzity v Novém Mexiku získali v této oblasti celosvětové uznání. Kupříkladu za vývoj zařízení LMA (Lightning Mapping Array), které umožňuje prostoupit oblačností a s nebývalou prostorovou a časovou přesností zrekonstruovat dráhy elektrických výbojů.

Již v devadesátých letech se jim podařilo potvrdit existenci do té doby neznámých, extrémně intenzivních a pouhých pár mikrosekund trvajících zdrojů rádiových signálů. Tehdy označovaných jako transionosférické pulzní páry (TIPP). Za jejich pachatele byly označeny a následně usvědčeny do té doby neznámé neviditelné výboje uvnitř bouřkových oblaků. Rozuměj téměř neviditelné. Později se začaly pro své malé rozměry označovat zkratkou CID (Compact Intracloud Discharge) a pro jev se kvůli charakteristické změně polarity vžilo označení NBE (Narrow Bipolar Event).

Krehbiel s Thomasem při instalaci automatické sledovací stanice na Aljašce.

V posledních letech se zjistilo, že některé druhy NBE událostí (INBE) předcházejí viditelným bleskům uvnitř oblaku (IC). Tyto nepříliš probádané události odehrávající se v hlubinách kumulonimbu byly v poslední letech podrobovány důkladnému měření a studiu, a to nejen novomexickými pracovníky. Ti ale při jednom experimentu za užití interferometru odhalili jev, kterého si dříve kvůli jeho spojité povaze nemohli při užívání LMA zařízení všimnout. Zjistili výskyt rychlých dielektrických průrazů podporujících přesuny pozitivních nábojů směrem dolů, tzn. přesně opačným směrem a s odlišnou polaritou než které by mohly být způsobeny podezřívanými vesmírnými elektrony. Nevyžadují existenci předem zionizovaných kanálů a je pro ně charakteristická různě intenzivní radiace ve VHF pásmu. Právě tak typická pro CID výboje.

Čárový blesk.

Brzy se ukázalo, že jev neprovokuje pouze následné výboje uvnitř oblaku, ale hraje roli i při podněcování nahoru směřujících výbojů mezi oblakem a zemí (CG). Ke konci průrazu se občas konec cesty výboje přemění na relativně velmi pomalý krokový kanál blesku (positive leader). A mechanismy, kterými se leader blesku podílí na klasickém a světelně nepoměrně zajímavějším zpětném výboji jsou již dostatečně známy.

Objevené rychlé kladné průrazy tak zřejmě zavrhují několikaletou hypotézu, že by mimozemské elementární částice mohly hrát podstatnou roli při iniciaci blesků v zemské atmosféře. Zároveň naznačují, že přinejmenším všem bleskům uvnitř oblaku, ne-li dokonce všem výbojům, předcházejí kladné "koronární" záblesky (positive streamers), které kupříkladu v horních částech oblaku vyzařují z kladně nabitých ledových krystalků. Jejich výskyt v místě vzniku zesiluje elektrické pole na takovou úroveň, která poskytuje vhodnější prostředí pro iniciaci pokusů o průrazy vzdušného dielektrika.

Podařilo se tak zřejmě najít pomyslný chybějící článek, který by mohl v krátké době objasnit většinu procesů odehrávajících se jako následek konvekcí podmíněného rozvoje oblačné elektřiny.

Odkazy

Stock, P. R. Krehbiel, W. Rison, J. L. Lapierre, H. E. Edens. Observations of fast VHF-bright positive breakdown. American Geophysical Union, Fall Meeting 2014.

William Rison, Paul R. Krehbiel, Michael G. Stock, Harald E. Edens1, Xuan-Min Shao, Ronald J. Thomas, Mark A. Stanley, Yang Zhang. Observations of narrow bipolar events reveal how lightning is initiated in thunderstorms. Nature Publishing Group, 2016/02/15.

Tech Physicists Further Explain Genesis of Lightning

David A. Smith. Compact Intracloud Discharges. Thesis (PhD). University of Colorado. Department of Electrical Engineering, August 1998

Kontakt na autora: Psika.cz