Podtřída | porucha , čas , elektrometeor , elektromagnetický puls |
---|---|
Část | bouřka |
Má účinek | hrom |
Okamžitá příčina | úder blesku |
Měřeno | Detektor blesku |
Znak Unicode | ? |
Blesk je přirozený jev elektrostatickým výbojům poruchy o vysoké intenzitě, která se vyskytuje v atmosféře , mezi regiony elektricky nabitých , a může nastat buď v mraku (uvnitř mraku vypouštění), nebo mezi několika mraky (inter-mrakem), nebo mezi mrak a země (mrak země nebo země mrak). Blesk je vždy doprovázen bleskem (intenzivní emise elektromagnetického záření , jehož složky jsou ve viditelné části spektra ) a hromem (emise zvukových vln ), kromě dalších souvisejících jevů. Přestože jsou výboje v rámci cloudu a mezi cloudy častější, výboje typu cloud-to-earth představují pro člověka větší nebezpečí. Většina blesků se vyskytuje v tropickém pásmu planety a hlavně na kontinentech . Jsou spojovány s konvektivními jevy , nejčastěji s bouřkami .
Některé vědecké teorie se domnívají, že tyto elektrické šoky mohly mít zásadní význam pro vznik života , kromě toho, že přispěly k jeho údržbě. V historii lidstva byl blesk možná prvním zdrojem ohně , který byl zásadní pro technický rozvoj. Blesk tak vzbudil fascinaci a byl začleněn do nespočetných legend a mýtů zobrazujících moc bohů . Následný vědecký výzkum odhalil jejich elektrickou povahu a od té doby byly výboje pod neustálým dohledem kvůli jejich vztahu k bouřkovým systémům .
Vzhledem k velké intenzitě napětí a elektrických proudů, které šíří, je blesk vždy nebezpečný. Budovy a elektrické sítě tedy potřebují hromosvody , ochranné systémy. I přes tyto ochrany však blesk stále způsobuje smrt a zranění po celém světě.
Jako vysokoenergetický jev se blesk obvykle projevuje jako extrémně jasná cesta, která cestuje na dlouhé vzdálenosti, někdy s větvemi. Existují však vzácné formy, například kulový blesk , jehož povaha není známa. Velké rozdíly v elektrickém poli způsobené výboji v troposféře mohou vést k přechodným světelným jevům v horních vrstvách atmosféry. Blesk může mít původ v jiných událostech, jako jsou sopečné erupce , jaderné výbuchy a písečné bouře . Umělé metody se používají k vytváření blesku pro vědecké účely. Blesk se vyskytuje také na jiných planetách ve sluneční soustavě , zejména na Jupiteru a Saturnu .
Blesk se pravděpodobně objevil na Zemi dlouho před životem , před více než třemi miliardami let. Kromě toho byl blesk pravděpodobně zásadní pro vznik prvních organických molekul , nezbytných pro vznik prvních forem života. Od začátku psané historie blesk fascinoval lidské bytosti . Oheň, který blesky vytvářejí, když dopadnou na zem, se používá k udržení tepla v noci , kromě toho, že udržuje divokou zvěř. Primitivní člověk se tak snažil odpovědi na vysvětlení tohoto jevu, vytváření pověry a mýty , které byly začleněny do časných náboženství.
Od vzniku Země jsou vysoké teploty zemské kůry zodpovědné za vznik významných, prudkých a trvalých bouří , které způsobují vznik oceánů . Voda během svého cyklu , s sebou nese chemické prvky, jako je uhlík a dusík , které se akumulují v mořích tvary. V ultrafialové paprsky a blesky mohou výrazně pomohlo proces kombinování těchto anorganických sloučenin a jejich transformaci na aminokyseliny , základní složky pro vznik života.
Úrazy elektrickým proudem jsou hlavním zdrojem dusitanů a dusičnanů , nezbytných pro život rostlin . Rostliny nemohou přímo používat atmosférický dusík , a proto musí být transformovány na jiné sloučeniny dusíku. Za tyto chemické reakce je zodpovědný blesk, který udržuje dusíkový cyklus .
Tyto požáry začal blesk hrají zásadní roli ve vývoji rostlin, jako příjem sušiny a eliminaci potenciálních škůdců ohnivých jsou prospěšné pro životní prostředí. Zdá se, že proces vývoje života rostlin úzce souvisí s výskytem požárů, které podporují vznik nových genů. Je možné, že požáry způsobené bleskem byly prvním zdrojem požáru použitého primitivními lidmi, což by byla jedna z důležitých fází, které vedly k jeho vývoji a nadvládě nad jeho prostředím.
V moderních evropských kultur, první známý vědecké vysvětlení je napsán řeckého filozofa Aristotela , v IV -tého století před naším letopočtem. AD , přičítající bouři srážce dvou mraků a blesku ohni vydechovanému těmito mraky. První systematické studie však byly provedeny až v roce 1752 v Marly-la-Ville poblíž Paříže, kdy Thomas-François Dalibard přitahoval blesk pomocí vysoké železné tyče izolované od země skleněnými lahvemi. Tento experiment dokazuje elektrickou povahu výboje. Následně je provedeno mnoho testů. Jedním z nejznámějších je Benjamin Franklin , který pomocí draků a balónů zvedá vodivé dráty , které díky elektrickému poli v oblacích generují malé blesky .
Franklin také ukázala, že blesk se projevuje „nejčastěji v negativním formě elektřiny, ale někdy se objeví v pozitivní formě . “ Vědec navíc navrhuje použití velkých kovových tyčí k ochraně před bleskem, o nichž se domnívá, že by tiše přenesly elektřinu z mraku na zem. Později si uvědomí, že tyto tyče neovlivňují elektrické náboje přítomné v oblacích, ale že ve skutečnosti přitahují blesky. Nakonec si uvědomí, že pokud nelze zabránit úrazu elektrickým proudem, může je přinejmenším přitáhnout do bodu, kde by nehrozilo žádné nebezpečí, kterému se říká hromosvod . K prokázání účinnosti svých představ, Franklin shromáždili stovky lidí blízko Siena , Itálie , v roce 1777, na místě, často zasažen bleskem. Po instalaci bleskosvodu dav pozoroval úder blesku na kovovou tyč, aniž by ji poškodil.
V roce 1876 navrhl James Clerk Maxwell vytvoření úsad pro černý prášek zcela obalený vrstvou kovu, aby se zabránilo odpálení sloučeniny bleskem. Při úderu blesku na tuto vrstvu zůstává elektrický proud v této vnější vrstvě a nedosahuje prášku. Tento systém je znám jako Faradayova klec . Lze také použít mřížkový systém; čím větší je vzdálenost mezi vodiči, tím méně účinná je ochrana. Kombinace mezi hromosvod Franklin a Faraday jsou stále používány v XXI th století k ochraně staveb, zejména tam, kde jsou elektronická zařízení citlivé.
Vznik fotografování a spektroskopie na konci XIX th století, má velký význam při studiu blesku. Několik vědců použilo spektrum generované bleskem k odhadu množství energie zapojené do fyzického procesu, který probíhá ve velmi krátké době. Použití kamery také umožňuje zjistit, že blesk má dva nebo více elektrických toků . Vývoj nových zařízení, jako jsou osciloskopy a metry elektromagnetických polí v XX th století umožňuje plnější pochopení původu a vzniku výbojů.
Blesk, který je nejčastěji spojena s bouřkami , je obrovský elektrický oblouk ze statické elektřiny , jehož prostřednictvím vodivý kanál je vytvořen a elektrické náboje se přenášejí. Úder blesku může nastat v několika typech: uvnitř samotných mraků , mezi dvěma mraky, mezi mrakem a vzduchem a mezi mrakem a zemí . Body dotyku blesku závisí na tom, jak jsou elektrické náboje rozloženy uvnitř mraků.
Obecně distribuce nábojů v konvektivních oblacích generuje intenzivní elektrické pole . V horní části mraku, který je zploštělý a táhne se vodorovně, se z konvekčních proudů hromadí kladné náboje v malých ledových krystalech . Ve středu, obvykle v rozsahu, kde je teplota mezi -20 a -10 ° C , jsou záporné náboje v nadbytku. Vytvořené dipóly mají každý desítky coulombů a jsou od sebe odděleny několika kilometry svisle. Na základně mraku obvykle tvoří malou oblast kladných nábojů, jejichž náboj je pouze několik coulombů. Ve více rozvinutých bouřích je elektrický rozvod mnohem složitější.
Aby došlo k úrazu elektrickým proudem, musí mít vnitřek mraku silné elektrické pole , které vzniká změnou rozložení náboje, která oblak elektrifikuje. Není jasné, jak přesně k tomuto jevu dochází, ačkoli byly teoretizovány některé základní pojmy a premisy. Elektrifikační modely se dělí na dva modely, konvektivní a kolizní.
V závislosti na modelu elektrizační prouděním , že elektrické náboje iniciály pocházet z elektrického pole již existujícího před rozvojem mraku z bouře . Jak bouřkový mrak roste, uvnitř iontu se hromadí kladné ionty , které na jeho okrajích vyvolávají negativní náboje. Jak větry uvnitř mraku stoupají , na okrajích mraku se objevují protichůdné proudy vzduchu, nesoucí záporné náboje indukované na základně mraku, čímž vytvářejí dvě elektricky odlišné oblasti. Jak se proces vyvíjí, mrak se stává schopen přitahovat nové náboje sám o sobě, což umožňuje, aby se objevovaly elektrické výboje. Ačkoli tento model ukazuje důležitost konvekce v procesu elektrifikace, tento model uspokojivě nepopisuje rozložení zatížení na počátku bouře a dlouhodobě.
Model kolizní elektrifikace , jak název napovídá, předpokládá, že přenos náboje probíhá při kontaktu mezi částicemi mraku během procesu konvekce . Neexistuje však shoda v tom, jak dochází k polarizaci a oddělení náboje v malých ledových částicích. Teorie jsou rozděleny do dvou tříd, indukční (která závisí na již existujícím elektrickém poli) a neinduktivní. V prvním případě již existující elektrické pole, které za normálních podmínek směřuje dolů, způsobuje, že se ve spodní části ledových částic objevují kladné náboje a v opačné oblasti negativní náboje. Částice mají různé velikosti, takže těžší mají tendenci padat, zatímco lehčí jsou odfukovány konvekčním větrem. Kontakt menší částice s dolní polokoulí větší způsobuje přenos náboje, lehčí je kladně nabitý a těžší záporně nabitý. Jak mrak roste, na jeho základně se hromadí záporné náboje a na jeho vrcholu kladné náboje, což stále více zesiluje elektrické pole a proces polarizace částic až do bodu, kdy vznikají mřížky s rozdíly ve velikosti potenciálu a výbojů.
Neinduktivní elektrifikace je na druhé straně založena na generování nábojů z kolize mezi částicemi s různými vnitřními vlastnostmi. Tyto sněhové pelety (sférické částice menší než krupobití ) a malé ledové krystalky když se srazí, získávají opačný náboj. První, těžší, nese záporné náboje, zatímco krystaly dosáhnou vrcholu oblaku, který je tak kladně nabitý. Za tímto účelem musí být splněny příznivé podmínky, zejména teplota (pod -10 ° C ) a optimální množství vody v oblaku. Podle pozorovaných charakteristik se to jeví jako nejdůležitější proces elektrifikace bouřkového mraku, který nevylučuje ostatní elektrifikační procesy.
Za normálních podmínek je zemská atmosféra dobrým elektrickým izolátorem . Dielektrickou pevnost ve vzduchu na hladině moře dosahuje tří milionů voltů na metr , ale postupně klesá s nadmořskou výškou, a to především vzhledem k řídnutí vzduchu. Když se náboje oddělily od mraku, elektrické pole je stále intenzivnější a nakonec překračuje dielektrickou sílu vzduchu. Vzniká tedy vodivá plazmová cesta, kterou mohou volně procházet elektrické náboje, čímž se vytváří elektrický výboj zvaný blesk.
Blesk má různé formy a je rozdělen do kategorií podle jeho původu a cíle. Nejběžnější typ blesku se vyskytuje uvnitř mraků; druhou nejběžnější formou je negativní blesk typu země-země.
Negativní výboj mrak-zeměVýboj začíná, když dojde k prvnímu zlomení dielektrické síly vzduchu, z oblasti obsazené zápornými náboji, uvnitř mraku, procházejícího kanálem, ve kterém náboje volně cirkulují. Špička výboje přechází na nejmenší koncentraci kladných nábojů v základně mraku. Výsledkem je, že velké množství elektronů se pohybuje dolů po oblaku, zatímco kanál pokračuje v expanzi dolů, směrem k zemi. Špička výboje postupuje po etapách, padesát metrů každých padesát mikrosekund. Bleskový hrot se obvykle rozdělí na několik větví a při každém výboji vydává extrémně slabé světlo. V průměru se v ionizovaném kanálu rovnoměrně hromadí náboj pěti coulombů záporných nábojů a elektrický proud je řádově sto ampérů .
Elektrony indukují akumulaci opačných nábojů v oblasti těsně pod mrakem. Od chvíle, kdy začínají mířit k zemi, mají pozitivní náboje tendenci být přitahovány a shlukovat se na koncích pozemských objektů. Z těchto bodů je vzduch ionizován, což způsobí, že se objeví podobné dráhy nahoru, které jdou proti první dráze dolů.
Při kontaktu se zemí nebo zemským objektem se elektrony začínají pohybovat mnohem rychleji a vytvářejí intenzivní svítivost mezi mrakem a bodem kontaktu. Když elektrony a větve začnou nabírat rychlost a pohybují se směrem k zemi, rozsvítí se celá ionizovaná dráha. Celý záporný náboj, včetně mraku, se rozptýlí do země v toku, který trvá několik mikrosekund. V tomto intervalu však teplota uvnitř cesty dosahuje více než třicet tisíc stupňů Celsia .
Typicky se tři nebo čtyři výboje vyskytují v průměru ve stejném záblesku, který se nazývá následné výboje, oddělené od sebe intervalem asi padesáti milisekund. V případě, že mrak stále obsahuje záporné náboje, objeví se nový výboj, který se pohybuje rychleji než počáteční výboj, když sleduje již otevřenou ionizovanou cestu a dosáhne země během několika milisekund. Množství elektronů uložených v následných zpětných výbojích je však obecně nižší než v prvním. Zatímco počáteční výbojový proud je typicky 30 kiloampérů (kA), následné výboje mají proud mezi 10 a 15 kA . V průměru se z mraku na zem přenese třicet coulombů. Je možné pozorovat záblesk hlavně díky různým zpětným výbojům. Průměrná doba pro celý tento proces je obvykle 0,2 sekundy.
Pozitivní výboj mrak-zeměBlesk ne vždy pochází ze záporně nabitých oblastí mraku. V některých případech dochází k elektrickým šokům na vrcholu velkých mraků kumulonimbus , jejichž horní forma se rozprostírá vodorovně. Přestože je pozitivní blesk relativně vzácný, má některé speciální vlastnosti. Zpočátku vykazuje prekurzorový kanál uniformitu, odlišnou od toho, co se vyskytuje při záporném výboji. Při navázání kontaktu dojde pouze k jednomu zpětnému výboji, jehož špičkový proud dosahuje více než 200 kiloampérů, což je hodnota mnohem vyšší než u záporného blesku. Tento proces obvykle trvá několik milisekund. Tento typ skládky nabízí mnohem větší potenciál ničení než negativní skládky, zejména u průmyslových budov, kvůli velkému nákladu, který s sebou nese.
Intra-cloud výbojVětšina blesků se vyskytuje uvnitř mraků. Prekurzorový kanál výboje se objevuje v záporném jádru spodní části mraku a pokračuje nahoru, kde se kladné náboje obvykle koncentrují. Obvykle trvající 0,2 sekundy mají tyto výboje téměř nepřetržitý jas, který je vyznačen pulzy, které jsou pravděpodobně přiřazeny zpětným výbojům, ke kterým dochází mezi nabíjecími kapsami. Celkový náboj přenesený v takovém výboji je ve stejném pořadí jako u blesku mrak-země.
Výboj začíná pohybem záporných nábojů, které ve vertikálním směru tvoří prekurzorový kanál, který se vyvíjí za 10 až 20 milisekund a může dosáhnout délky několika kilometrů. Když dosáhne vrcholu mraku, je tento kanál rozdělen na horizontální větve, ze kterých dochází k přenosu elektronů ze základny mraku. Kolem začátku výbojového kanálu se záporné náboje pohybují v jeho směru, prodlužují větve v základně mraku a prodlužují dobu výboje. Blesk končí, když je přerušeno hlavní spojení mezi spodní a horní částí mraku.
Výboj země-mrakZ vysokých struktur a vrcholků hor se mohou objevit výbojové kanály prekurzoru a sledovat svislý směr k oblaku. Proto záporné náboje uložené v oblaku proudí směrem k zemi nebo, vzácněji, proudí elektrony směrem k oblaku. Kanál prekurzoru se obvykle vynoří z jediného bodu, ze kterého se větví ve vertikálním směru směrem k mraku. Jeho vzhled je spojen hlavně s kovovými konstrukcemi, jako jsou budovy a komunikační věže, jejichž výška dosahuje více než sto metrů a jejichž konce jsou schopné potencovat indukované elektrické pole, a proto iniciovat výboj prekurzoru. Když je spojení provedeno, zpětné výboje se vyskytují podobným způsobem jako záporné výboje z mraků na zemi.
Umělé vypouštěníUmělého blesku lze dosáhnout pomocí malých raket, které při stoupání nesou připojený tenký kovový drát. Jak zařízení stoupá, tento vodič se rozpíná, dokud za správných podmínek nedojde při průchodu vodičem k zemi úrazu elektrickým proudem. Drát se okamžitě odpařuje, ale dráha elektrického proudu je obecně přímá díky dráze ionizovaných atomů, které drát zanechal. Je také možné vytvářet záblesky iniciované laserovými paprsky , které na krátkou chvíli vytvářejí plazmová vlákna, což umožňuje tok elektrických nábojů a vznik elektrického výboje.
Blesk se obvykle jeví jasný a intenzivní, někdy vytváří stroboskopický efekt . Jas blesku je vidět několik desítek kilometrů daleko. Pokud v místě pozorování nejsou žádné srážky , bývá to označováno jako „ blesk nebo záblesk tepla “, protože tento jev je obecně spojován s vrcholnými letními bouřkami daleko od pozorovatele. Když dojde k úderu blesku uvnitř mraku, blesk je schopen jej úplně osvětlit a také osvětlit oblohu.
V konečném důsledku se výboje v cloudu mohou projevit jako extrémně rozvětvené kanály, které se horizontálně rozšiřují do vyšších oblastí cloudu, přes většinu z nich. Blesky, které jsou rozmístěny vodorovně, se obvykle pohybují pomaleji, než je průměr. U výbojů typu mrak-země je možné, že se mohou vyskytnout blesky podobné tvaru pásu. To je způsobeno silným větrem, který je schopen pohybovat ionizovaným kanálem. Při každém výboji se pak zdá, že se blesk pohybuje do strany a vytváří segmenty navzájem rovnoběžné.
Pozitivní výboje, protože pocházejí z nejvyšší části kupy , mohou přesahovat bouřkovou oblast do oblasti se stabilním počasím na míle daleko. Kanál tohoto typu blesku se může několik kilometrů vodorovně pohybovat, než náhle zamíří k zemi.
Výboje všeho druhu opouštějí kanál extrémně horkého ionizovaného vzduchu, kterým procházejí. Odříznutím toku elektrických nábojů zbývající kanál rychle ochladí a rozpadne se na několik menších částí, čímž vytvoří sled světelných skvrn, které rychle zmizí. Segmenty se vytvářejí, protože kanál nemá po celé své délce konstantní tloušťku a ochlazení silnějších částí trvá déle. Tento jev je extrémně obtížné pozorovat, protože celý proces trvá jen malou zlomek sekundy.
Byl také hlášen fenomén zvaný kulový blesk . To má průměrný průměr mezi dvaceti a padesáti centimetry, zdá se, že se objevuje v bouřích, má méně intenzivní jas než jiné blesky a obecně se pohybuje vodorovně v náhodném směru. Tento jev trvá jen několik sekund. Zůstává mnoho pochybností o jeho existenci, která dosud nebyla prokázána, ačkoli existuje mnoho historických svědectví, některá uvádějí, že viděli uvnitř budov.
Kromě bouře , vulkanické erupce jsou častým zdrojem blesku. Během erupce se částice sopečného popela navzájem srazily a jejich tření generuje akumulaci elektrických nábojů. Velikost elektrické aktivity přímo závisí na velikosti oblaku popela; to závisí na intenzitě vyrážky. Tyto elektrické výboje, nazývané sopečné bouře , jsou obecně uzavřeny v oblaku; několik z nich se dostává do odlehlých oblastí. Jsou nicméně hlavním zdrojem rušení rádiových přenosů a někdy způsobují lesní požáry . K dispozici jsou také blesky z oblaků kouře z velkých požárů.
Tyto termonukleární Exploze mohou způsobit úraz elektrickým proudem. Tyto jevy se obvykle vyskytují přenosem elektronů ze země do atmosféry a vytvářením ionizovaných kanálů dlouhých několik kilometrů. Původ tohoto jevu není znám, ale je možné, že v tomto jevu bude hrát roli radioaktivní emise výbuchu.
Na písek bouře jsou také zdroje elektrických výbojů, které mohou vyplynout z kolize mezi pískových částic, které při kontaktu, akumulaci nákladů a generují proudem.
Blesk produkuje elektromagnetické záření různých frekvencí , včetně viditelného světla , rádiových vln a záření o vysoké energii. Tato záření charakterizují blesk. Zvýšení teploty v kanálu blesku na druhé straně produkuje zvukové vlny, které tvoří hrom . Kolísání pole elektrického výboje je také příčinou dalších typů přechodných jevů v horních vrstvách atmosféry . Obecně se blesky vyskytují ve větším počtu během bouřek . Když výboj spadne přímo na písčitou půdu , způsobí nesmírná teplota fúzi jeho částic, které se po přerušení proudu spojí a vytvoří fulgurit , jehož získaný tvar odpovídá dráze výboje v zemi.
Vlna hluku způsobená charakteristiky elektrického výboje z hromu . Jsou způsobeny rychlou expanzí vzduchu v důsledku zahřátí vypouštěcího kanálu. Frekvence se pohybuje v rozmezí několika hertzů do několika kHz. Časový interval mezi pozorováním blesku a vnímáním hromu se liší tím, že světlo cestuje mnohem rychleji než zvuk, který má rychlost 340 metrů za sekundu.
Když blesk udeří do vzdálenosti sto metrů od posluchače, hrom nastane jako náhlá vysoká intenzita zvukové vlny, která trvá méně než dvě sekundy, následovaná hlasitým třeskem, který trvá několik sekund, dokud se nerozptýlí. Trvání hromu závisí na tvaru paprsku a zvukové vlny se pohybují všemi směry z celého kanálu, což má za následek velký rozdíl mezi částí nejbližší a nejvzdálenější od posluchače. Jak atmosféra tlumí zvukové vlny, hrom spojený s výboji, ke kterým dochází na velké vzdálenosti, se stává neslyšitelným, protože cestuje několik kilometrů a ztrácí tak energii. Skutečnost, že se v oblastech atmosférické nestability vyskytují bouře, navíc podporuje rozptyl zvukové energie.
Blesk produkuje záření v široké škále rozsahů elektromagnetického spektra , od ultranízkých frekvencí po rentgenové a gama záření , včetně viditelného spektra . Rentgenové a gama paprsky jsou vysokou energií a jsou výsledkem zrychlení elektronů v intenzivním elektrickém poli v době výboje. Jsou oslabeny atmosférou, přičemž rentgenové paprsky jsou omezeny v blízkosti blesku, zatímco gama paprsky, i když je jejich intenzita značně snížena se vzdáleností, mohou být detekovány jak ze země, tak z umělých satelitů . Bouře jsou obecně spojeny s výskytem záblesků gama paprsků v horních vrstvách atmosféry Země . Družice, jako je AGILE , sledují výskyt tohoto jevu, ke kterému dochází po celý rok desítkykrát.
Modely naznačují, že uvnitř bouří lze produkovat exotický typ výboje, ve kterém dochází k interakci mezi vysokoenergetickými elektrony a jejich odpovídající antihmotou, pozitrony . Tento proces vede k produkci energičtějších částic, které nakonec produkují výbuchy gama paprsků. Tyto výboje jsou extrémně rychlé, rychlejší než samotné blesky a navzdory velkému množství energie vyzařují málo světla. Je možné, že letadla křižující poblíž bouří budou přijímat velké dávky radiace, přestože je třeba ještě získat přesvědčivé výsledky.
Podél cesty výboj přehřívá plyny v atmosféře a ionizuje je (teplota může dosáhnout pětinásobku teploty povrchu slunce , nebo 30 000 K ). Vytvoří se vodivá plazma, která způsobí náhlou emisi pozorovatelného světla . Barva tohoto blesku závisí na několika faktorech: hustota proudu , vzdálenost od pozorovatele k blesku a přítomnost různých částic v atmosféře. Obecně je vnímaná barva blesku bílá na suchém vzduchu, žlutá za přítomnosti velkého množství prachu, červená za přítomnosti deště a modrá za přítomnosti krupobití .
Vnímání bílého blesku je také spojeno se všemi vlnovými délkami různých prvků přítomných v elektrifikovaném vzduchu. Přítomnost kyslíku a dusíku v atmosféře přispívá k vlnovým délkám odpovídajícím zelené (508 až 525 nm ) a žluto-oranžové (599 nm ) pro kyslík a modré (420 až 463 nm ) a červené (685 nm ) pro dusík.
Úraz elektrickým proudem se neomezuje pouze na viditelné vlnové délky. Odráží se v širokém poli elektromagnetického záření včetně rádiových vln. Jelikož jsou tyto emise náhodné, mluvíme o „ atmosférických parazitech “ . Vytvořené vlny šíří bílý šum, který je navrstven na telekomunikační signály, připomínající praskání posluchače. Tito paraziti se pohybují od nízkých frekvencí po pásma UHF .
Mezi povrchem Země a ionosférou se v nadmořské výšce několika desítek kilometrů vytváří dutina, ve které je zachyceno velmi nízkofrekvenční elektromagnetické záření (řádově několik hertzů). Výsledkem je, že paprsky několikrát cestují po Zemi, dokud se nerozptýlí. V tomto frekvenčním rozsahu paprsky produkují záření, jsou tedy hlavními zdroji pro udržení tohoto jevu zvaného „ Schumannovy rezonance “ . Superpozice záření emitovaného kdykoli a výsledné rezonance produkují vrcholy záření, které lze měřit. Schumannovo rezonanční monitorování je důležitou metodou monitorování elektrické aktivity planety související s bouřkami, a proto jej lze použít při globální analýze klimatu .
V horní zemské atmosféry , nad mraky z bouře vyskytují emise s různými funkcemi, souhrnně nazývají lehké přechodné jevy . I když se rozprostírají na desítky kilometrů ve stratosféře a mezosféře , je prakticky nemožné je pozorovat pouhým okem, hlavně kvůli jejich slabému osvětlení. Kamery instalované v letadlech, satelitech nebo dokonce na zemi, které však mířily na bouře blízko obzoru, dokážou existenci tohoto jevu. Jeho vznik je přičítán buzení elektřiny kolísáním elektrického pole , zejména při bouřce typu mrak-země.
Mezi nejpozoruhodnější přechodné jevy patří skřítci , kteří se objevují bezprostředně nad velkými údery blesku, ke kterým dochází během bouřky, obvykle vykazující načervenalé barvy a válcovité tvary připomínající chapadla. Na modré trysky , podle pořadí, se objeví v horní části velkých bouřkových mraků a propagovat ve vertikálním směru až do asi padesát kilometrů vysoko. Oba mají maximální dobu trvání několik milisekund. Nakonec elfové (anglická zkratka pro „vyzařování světla a rušení na velmi nízké frekvenci zdroji elektromagnetických pulzů“ ) mají tvar disku a trvají několik milisekund. Jejich původ může být způsoben šířením elektromagnetického pulzu generovaného v době výbojů v oblaku níže.
Díky satelitním pozorováním je možné odhadnout distribuci blesku po celém světě. V průměru je každou sekundu na planetě zaznamenáno padesát až sto úderů blesku, což představuje jednu až tři miliardy úderů blesku ročně, z nichž je více než 90% distribuováno na zemský povrch . Data získaná z přístrojů dokazují, že většina úderů blesku se vyskytuje v tropech a subtropech, zejména ve střední Africe , jižní a jihovýchodní Asii , střední jižní Americe a jižních státech. - Spojené státy . V povodí Konga zažívá velké množství blesků na několika místech, včetně Rwandy , kde hustota skládek přesahuje 80 výskytů na kilometr čtvereční za rok, což je nejvyšší na světě.
Vysoké struktury mají tendenci přijímat více šoků. Například Empire State Building v New Yorku je zasažen dvacetkrát ročně, více než polovina jsou výboje přízemní oblačnosti. Socha Krista Spasitele v centru města Rio de Janeiro obdrží v průměru o šest blesky po celý rok. Naproti tomu v severní a jižní polární oblasti blesk prakticky neexistuje.
Vzhled blesku je přímo spojen s konvekčními systémy, které na vrcholu své činnosti mohou produkovat více než jeden záblesk za sekundu. Bouře, které se vyznačují konvektivními komplexy mezoscale , jako jsou tropické cyklóny a hurikány, dosahují extrémních úrovní elektrických šoků a vrcholí více než jedním zábleskem mrak-země za sekundu. Vznik supercelárních bouří také silně souvisí s výskytem pozitivního blesku s více než třiceti výskyty za hodinu. Vztah mezi rychlostí vypouštění v supercelární bouři a tvorbou tornád není dosud jasný. Je také pozoruhodné, že blesk z mraku na zem se může objevit přesně pod místem, kde má mrak maximální nadmořskou výšku, ačkoli tento vztah ještě nebyl potvrzen pro všechny typy bouří, zejména těch, které se vyskytují nad oceánem. I když jsou blesky vždy spojeny s bouřkami, které způsobují déšť , přímý vztah mezi těmito dvěma jevy není znám. V tropech je elektrická aktivita soustředěna hlavně v letních měsících.
Je možné, že globální oteplování způsobuje celosvětový nárůst výskytu blesků. Prognóza se však liší o 5 až 40% od aktuálního výskytu pro každý stupeň Celsia průměrného zvýšení atmosférické teploty.
Matematický model vyvinutý Marcia Baker, Hugh Christian a John Latham umožňuje odhadnout frekvenci blesků, reprezentovaný dopisem . V závislosti na modelu je to úměrné odrazivosti radaru a šířce pohybu nahoru a také to závisí na koncentraci ledových krystalů a sněhových pelet v oblaku. V některých případech je frekvence blesku také úměrná síle vysokého počtu rychlostí vzestupných pohybů vzduchu . Uvažovaná síla je obecně šest, tj . Podle jiného modelu platného pro tropické bouřky je frekvence blesku úměrná síle pěti hloubky studené fronty . Hloubka studené fronty, představující rozdíl mezi nadmořskou výškou vrcholu tropické bouře a výškou bodu, kde je 0 ° C , je zase úměrná rychlosti nabíjení a statické elektřině uložené v oblacích. konvektivní.
Nejstarší technikou pro analýzu blesku, používanou od roku 1870, je spektroskopie , která spočívá v rozkladu světla na různých frekvencích . Tato metoda umožnila určit teplotu uvnitř blesku a také hustotu elektronů ionizovaného kanálu. Existují také systémy zařízení používaných od roku 1920, jejichž principem je detekce elektromagnetického záření z blesku, což umožňuje určit kromě jeho umístění také jeho intenzitu a tvar. Zařízení schopná přímo měřit dopadající elektrický proud se obvykle instalují na místech, kde je vysoký výskyt blesků, zejména ve vysokých budovách a na vrcholcích hor.
Použití kamer umožnilo systematickou analýzu fází elektrického výboje. Vzhledem k tomu, že blesk má velmi krátkou dobu, jsou vysokorychlostní kamery zásadní pro detekci časových intervalů, ve kterých náboje narušují dielektrickou sílu vzduchu a přenášejí elektrické náboje mezi dvěma oblastmi, zejména po porovnání snímků s odchylkami elektromagnetického pole. . Ve vysokých konstrukcích, jako jsou budovy a komunikační věže, jsou instalovány senzory, které umožňují přímé vyhodnocení množství nákladu, který jimi prochází během bouřky. Aby bylo možné monitorovat úniky na velké ploše, byla vytvořena strategicky instalovaná pole senzorů, která přesně detekují umístění elektromagnetických vln vycházejících z výbojů. Vysíláním satelitů schopných počítat všechny výboje v globálním měřítku však bylo možné získat skutečnou dimenzi elektrické aktivity planety.
Zařízení odesílaná do cloudů poskytují důležitá data týkající se rozložení zátěže cloudu. Sondující balóny , malé rakety a řádně vybavená letadla jsou záměrně rozmístěny v bouřkách a jsou mnohokrát zasaženy výboji.
Existují také systémy detekce země. Polní mlýn je měřicí přístroj statického elektrického pole. V meteorologii tento přístroj umožňuje díky analýze elektrostatického pole nad ním signalizovat přítomnost elektricky nabitého mraku indikujícího bezprostřednost blesku. Existují také přijímací anténní soustavy, které přijímají rádiový signál generovaný výbojem. Každá z těchto antén měří intenzitu blesku i jeho směr. Podle triangulace ze směrů odebraných ze všech antén, je možné usuzovat na postavení výboje. Teramobile laser lze použít k výbuchu blesku přímočarou cestu, ale také umožnilo vytvářet blesky a vést je v průběhu několika metrů, ale nemohla vést je k zemi.
Mobilní systémy se směrovou anténou mohou odvodit směr a intenzitu úderu blesku i jeho vzdálenost analýzou frekvence a útlumu amplitudy signálu . Z umělých satelitů na geostacionární oběžné dráze lze také měřit blesky produkované bouřkami, které zametají pozorovací oblast hledáním záblesků světla. Série satelitů GOES a Meteosat se mimo jiné nacházejí přibližně 36 000 km od Země. V této vzdálenosti lze zanedbávat tloušťku atmosféry a přímo odvodit polohu v zeměpisné šířce a délce .
Sítě detektorů blesků využívají meteorologické služby, jako je Meteorologická služba Kanady , Météo-France a Americká národní meteorologická služba, ke sledování bouřek a varování lidí. Používají je také další soukromí a vládní uživatelé, zejména služby prevence lesních požárů, služby přenosu elektřiny, jako je Hydro-Québec , a výbušniny.
Blesk často padá na zem, takže nechráněná infrastruktura je náchylná k poškození elektrickým proudem. Rozsah způsobených škod závisí do značné míry na charakteristikách místa, na které blesk zasáhne, zejména na jeho elektrické vodivosti , ale také na intenzitě elektrického proudu a době výboje. Vlna hluk generovaný bleskem obvykle způsobí relativně menší škody, jako je rozbití skla. Když je předmět zasažen, elektrický proud dramaticky zvyšuje jeho teplotu, takže hořlavé materiály představují nebezpečí požáru.
Nejsou k dispozici žádné spolehlivé údaje o počtu úmrtí souvisejících s bleskem na celém světě, protože mnoho zemí tento typ nehody nezohledňuje. Ohrožená oblast však patří mezi tropy , kde žijí přibližně čtyři miliardy lidí. V Brazílii v roce 2011 zemřelo na úrazy elektrickým proudem 81 lidí, z toho čtvrtina na severu země. Podle výzkumníků INPE je počet úmrtí přímo spojen s nedostatečným vzděláním populace o blescích. Například v jihovýchodní oblasti se snížil počet smrtelných úrazů, a to i při nárůstu výskytu blesků. V zemi je většina postižených na venkově, věnuje se zemědělské činnosti a používá kovové předměty, jako jsou motyky a mačety. Druhou hlavní příčinou je blízkost kovových vozidel a používání motocyklů nebo jízdních kol během bouře.
V bouři je nejlepší formou osobní ochrany hledat úkryt. Nejbezpečnější jsou uzavřené domy a budovy, zejména ty, které jsou vybaveny ochrannými systémy proti úrazu elektrickým proudem. Kovová vozidla, jako jsou automobily a autobusy, poskytují přiměřenou ochranu, ale jejich okna by měla být zavřená a mělo by se zabránit kontaktu s kovovými předměty. Doporučuje se vyhnout se postavení v blízkosti izolovaných stromů, kovových věží, stožárů a kovových plotů, abyste snížili pravděpodobnost zasažení bleskem. V rizikových situacích se důrazně doporučuje nezdržovat se na polích, bazénech, jezerech a v oceánu. V budovách je třeba se vyvarovat použití jakéhokoli zařízení, jehož vodivý povrch zasahuje do vnějších oblastí, jako jsou elektrická zařízení a vodovodní potrubí.
Blesk může lidi zranit několika způsoby: přímým výbojem tělem, proudem způsobeným blízkým výbojem nebo kontaktem s vodivým předmětem zasaženým bleskem. Mírné příznaky úderu blesku zahrnují duševní zmatek , dočasnou hluchotu , slepotu a bolest svalů. V těchto případech je obvykle možné úplné zotavení. Ve středně závažných případech mohou na oběti působit duševní poruchy , motorické poruchy , popáleniny prvního a druhého stupně. Zotavení je možné, ale následky pravděpodobně přetrvávají, jako je duševní zmatek, psychomotorické potíže a chronická bolest. A konečně, vážné poškození způsobené elektrickými šoky vede mimo jiné k zástavě srdce , poškození mozku , těžkým popáleninám a trvalé hluchotě. Pacient má většinou nevratné následky, které postihují hlavně nervový systém . V důsledku toho umírá v průměru jeden z pěti lidí zasažených bleskem.
Rizika v letectví jsou menší, ale neexistují. Letadla reagují na blesk stejným způsobem jako Faradayova klec - proud teče pouze trupem - a když je letadlo zasaženo bleskem, obvykle vstupuje přes ostrý bod na letadle., Jako je nos , a vychází ven ocas . Může se stát, že kabina letadla je spálena nebo roztavena v místech nárazu blesku, ale toto poškození nepředstavuje riziko pro cestující v letadle a může se dokonce stát, že náraz není cítit. Tyto kluzáky , je menší než tradiční letadla, může být zničen za letu bleskem.
Nejohroženějšími částmi jsou palubní elektronika a palivové nádrže letadla. Jejich ochrana se projevila v důsledku letu Pan Am Flight 214 , který se zřítil v roce 1963 poté, co v palivové nádrži letadla zažehl úder blesku. Nádrže a elektronika jsou zajištěny uzemněním zajišťovaným netěsnostmi na konci křídla .
Blesk může také zmást piloty letadla. Během letu Loganair 6780 , poté, co letadlo zasáhl blesk, piloti ignorovali dříve aktivované režimy řízení v domnění, že výboj poškodil elektroniku letadla. Ve skutečnosti nedošlo k žádnému poškození letadla a piloti strávili zbytek letu kompenzací účinků tehdejšího funkčního autopilota .
Tyto elektrické vedení této sítě jsou zranitelné, a existuje mnoho případů poruch, z nichž nejvýznamnější jsou York nové členění z roku 1977 a 2009 se do Brazílie a Paraguaye . Reliéf na lince přenáší vrcholy vysokého napětí na dlouhé vzdálenosti, což způsobuje velké poškození elektrických zařízení a vytváří rizika pro uživatele. Většina poškození zařízení však pochází z účinků elektromagnetické indukce , při které výboj při průchodu elektrickým vodičem v blízkosti přenosového drátu vyvolává špičkové proudy a napětí. Elektrostatická indukce toku nábojů při kontaktu s bleskem způsobuje jiskry a napěťové špičky, které mohou být podle okolností nebezpečné. Podzemní kabely jsou také náchylné k výskytu nežádoucích proudů. Ochranné vybavení si klade za cíl přesměrovat tyto proudy na Zemi . Přepěťová ochrana je jedním z nejvíce používaných zařízení. Je tvořen kovovou tyčí spojenou se zemí, která k ní blesk vede v naprostém bezpečí.
The 25. června 2020, Světová meteorologická organizace oznámila záznam dvou bleskových záznamů: nejdelší v ujeté vzdálenosti a nejdelší v trvání , zvané „mega blesk“ . První, ve státě Rio Grande do Sul , na jihu Brazílie , ujela 709 km vodorovně a prořízla sever státu31. října 2018, více než zdvojnásobil předchozí rekord zaznamenaný ve státě Oklahoma ve Spojených státech , s 321 km (doba 5,7 s ). Nejdéle trvající blesk, který trval 16,73 sekundy, došlo v Argentině ze skládky, která začala na severu země dne4. března 2019, Což je také více než dvojnásobek předchozího záznamu, který byl 7,74 sekundy, zaznamenaný v Provence-Alpes-Côte d'Azur , France se30. srpna 2012.
Roy Sullivan, je ranger v Shenandoah národním parku , drží rekord v počtu úderů blesku pro muže. V letech 1942 až 1977 byl Sullivan sedmkrát zasažen bleskem a každý z nich přežil.
O použití bleskové energie se pokoušíme od konce 80. let. Jediným zábleskem je vybita elektrická energie asi 280 kWh . To odpovídá asi 1 GJ neboli energii asi 31 litrů benzínu . Méně než desetina této energie však dosáhne na zem, a to sporadicky z hlediska prostoru i času. Bylo navrženo použít energii blesku k výrobě vodíku z vody , použít vodu rychle ohřátou bleskem k výrobě elektřiny nebo zachytit bezpečnou část energie pomocí induktorů umístěných poblíž.
V létě 2007 společnost zabývající se obnovitelnými zdroji energie, společnost Alternate Energy Holdings, testovala metodu využití bleskové energie. Koupili design systému od Steva LeRoye, vynálezce z Illinois , který tvrdil, že malý umělý blesk dokáže rozsvítit 60-wattovou žárovku po dobu 20 minut. Tato metoda zahrnuje věž k zachycení velkého množství energie a velmi velký kondenzátor k jejímu uložení. Podle Donalda Gillispieho, generálního ředitele společnosti Alternate Energy Holdings, „jsme nebyli schopni zajistit, aby to fungovalo, […] avšak s dostatkem času a peněz bychom pravděpodobně mohli model rozšířit […]. Není to černá magie, je to jen matematika a přírodní vědy a mohlo by se to splnit “ .
Podle Martina A. Umana, co-ředitele laboratoře pro výzkum blesků na University of Florida a předního vědce v oblasti blesků , dosáhne na zem málo energie a trvalo by desítky „bleskových věží“ srovnatelných s těmi z Alternate Energy Holdings, aby se rozsvítilo pět 100- wattové žárovky po dobu jednoho roku. Na otázku The New York Times o tom, řekl, že množství energie v bouřce byla srovnatelná s atomové bomby výbuchu, ale zároveň snaha zachytit energii z povrchu země byla „beznadějné . “ Kromě obtížného rychlého skladování tolik energie je další hlavní výzvou předvídání, kdy a kde se vyskytnou bouřky; i během bouřky je velmi obtížné předpovědět, kam přesně blesk zasáhne.
Slovo „blesk“ pochází z vulgární latiny „ fulgura “ , „ fulmen “ v klasické latině , což znamená „blesk“ . Slovo „blesk“ je o ní „Eclar“ nebo „esclaire“ , deverbal vytáhl „osvětlování“ .
Blesk je často synonymem rychlosti , proto výraz „ bleskově rychlý “ . Několik filmů nebo komická kniha znaky pak nesou názvy nebo loga související s bleskem, tak, aby indikovala jejich rychlost, jako je Flash McQueen ( „ Blesk McQueen “ v angličtině ), nebo několika superhrdinů z Marvel vydavatelstvích. Komiků a DC Comics .
Ve francouzštině znamená výraz „ coup de foudre “ „najednou se zamilovat“ . Tento výraz se také používá v italštině a překládá se jako „ colpo di fulmine “ . Jeho původ také pochází ze spojení mezi pojmem „blesk“ a jeho rychlostí. Během druhé světové války se Third Reich zřizuje techniku „ Blitzkrieg “ (bleskové války ve francouzštině), která spočívá v použití mocnou ozbrojenou sílu k urychlení zakázky.
Starověcí lidé vytvořili mnoho mytologických příběhů, aby vysvětlili vzhled blesku. V náboženství starověkého Egypta vrhá bůh Typhon blesky na Zemi. V Mezopotámii pochází dokument z2300 př J.-C.ukazuje bohyni na rameni okřídleného tvora, který držel v každé ruce hrst blesků. Je také před bohem, který ovládá počasí ; tento vytváří hrom s bičem. Blesk je také znamením bohyně čínské mytologie Tien Mu , která je jedním z pěti hodnostářů „Ministerstva bouří“ , kterému velí bůh hromu Tsu Law. V Indii Veda popisuje, jak Indra , syn nebe a Země, nesl hrom na svém bige .
Vůči 700 před naším letopočtem J.-C.Se Řekové začali používat symboly blesků inspirované na Středním východě ve svém oboru, přisuzovat jim hlavně Zeus , nejvyšší bůh jejich mytologie. Ve starověkém Řecku, když se na obloze objevil blesk, to bylo považováno za projev nesouhlasu ze strany Dia. Stejný výklad se provádí ve starém Římě, pokud jde o Jupitera . V Římě se věří, že vavřínové větve jsou „imunní“ vůči působení blesku, a proto je císař Tiberius používá tyto větve k ochraně během bouří. Ve starověkém severském náboženství se věří, že blesk produkuje magické kladivo Mjöllnir patřící bohu Thorovi . Tyto Buryats , lidé, kteří žijí v blízkosti jezera Bajkal v jižní Sibiře , se domnívají, že jejich bůh produkuje blesky házením kamení z nebe. Některé domorodé kmeny v Severní Americe a Africe udržují přesvědčení, že blesk vytváří kouzelný „thunderbird“ , který vrhá mraky k Zemi .
Někteří fotografové, kteří se nazývají lovci bouří , se specializují na bleskové záběry. Muzeum zcela věnované blesku fungovalo v letech 1996 až 2012 v srdci regionálního přírodního parku Auvergne Volcanoes . Lightning Field je umělecké dílo umělce Waltera de Maria vytvořené v roce 1977. Toto umělecké dílo Land se nachází v Novém Mexiku ve Spojených státech a skládá se z několika ocelových tyčí, aby na ně mohl blesk zasáhnout.
Blesky se používají také v logech několika značek , sdružení nebo politických stran . Tak, Opel , že squatteři European Movement , The lidová Action Party of Singapore a některé strany fašistů , jako SS , celovečerní blesk ve své logo. Hard rocková kapela AC / DC také používá bleskem ve svém logu.
Symbolem elektrického nebezpečí je obvykle blesk. To uznává několik standardů.
Atmosférické elektrické výboje nejsou výlučné pro Zemi. Na několika dalších planetách ve sluneční soustavě již byla existence paprsků různé intenzity potvrzena. Z těchto pozorování vyplývá, že pravděpodobnost výskytu elektrických šoků je přímo spojena s přítomností vody v atmosféře, i když to není jediná příčina.
Na Venuši bylo podezření na výboje kvůli její husté atmosféře , což bylo potvrzeno vysláním sondy Venus Express . Na Marsu již byly zjištěny přímé známky výskytu elektrických šoků. Ty jsou pravděpodobně způsobeny velkými písečnými bouřemi, které se vyskytují na planetě. Podle vědců má marťanská elektrická aktivita důležité důsledky, protože mění složení atmosféry, což má vliv na obyvatelnost a přípravy na průzkum člověka.
Na Jupiteru několik misí umožnilo pozorovat elektrické výboje v rovníkové a polární oblasti. Bouře jsou způsobeny konvekcí , jako na Zemi . Plyny, včetně vodní páry , stoupají z hlubin planety a malé částice, když zamrznou, tře o sebe navzájem a vytvářejí elektrostatický náboj, který je vybíjen ve formě blesku. Jupiterovy bouře jsou mnohem větší a intenzivnější než pozemské bouře, takže blesk je mnohem silnější. Intenzita je až desetkrát větší než jakýkoli blesk již zaznamenaný na naší planetě. Na Saturnu jsou blesky mnohem méně časté. Vzhled velkých bouřkových systémů však způsobuje výskyt výbojů, které přesahují desetitisícnásobek energie pozemského blesku. Na druhé straně na Titanu , jednom z jeho přírodních satelitů , nebyl dosud zaznamenán žádný elektrický šok, a to navzdory husté a aktivní atmosféře .
: dokument použitý jako zdroj pro tento článek.