Munje i gromovi. Kada je riječ o prirodnim silama, malo koje druge stvari izazivaju toliko straha, poštovanja ili fascinacije – da ne spominjemo legende, mitove i vjerske prikaze. Kao i sa svim stvarima u prirodnom svijetu, ono što se prvotno smatralo činom bogova (ili drugim nadnaravnim uzrocima) od tada je postalo prepoznato kao prirodni fenomen.
No, unatoč svemu što su ljudska bića naučila tijekom stoljeća, određeni stupanj misterije ostaje kada je u pitanju munja. Eksperimenti se provode još od vremena Benjamina Franklina; međutim, još uvijek se uvelike oslanjamo na teorije o tome kako se rasvjeta ponaša.
Opis:
Po definiciji, munja je iznenadno elektrostatičko pražnjenje tijekom električne oluje. Ovo pražnjenje omogućuje nabijenim područjima u atmosferi da se privremeno izjednače kada udare u predmet na tlu. Iako je munja uvijek popraćena zvukom grmljavine, udaljena munja se može vidjeti, ali biti predaleko da bi se grmljavina mogla čuti.
Vrste:
Munja može imati jedan od tri oblika, koji su definirani onim što se nalazi na 'kraju' kanala grane (tj. munja). Na primjer, postoji rasvjeta unutar oblaka (IC), koja se odvija između električno nabijenih područja oblaka; rasvjeta od oblaka do oblaka (CC), gdje se javlja između jednog funkcionalnog grmljavinskog oblaka i drugog; i munje od oblaka do zemlje (CG), koje prvenstveno nastaju u grmljavinskom oblaku i završavaju na površini Zemlje (ali se mogu pojaviti iu obrnutom smjeru).
Višestruki putevi munje od oblaka do oblaka, Swifts Creek, Australija.. Zasluge: fir0002/flagstaffotos.com.au
Munje unutar oblaka najčešće se javljaju između gornjeg (ili 'nakovnja') dijela i donjeg toka dane grmljavine. U takvim slučajevima, promatrač može vidjeti samo bljesak svjetla bez da čuje grmljavinu. Ovdje se često primjenjuje izraz 'toplina-munja', zbog povezanosti između lokalno doživljene topline i udaljenih bljeskova munje.
U slučaju munje od oblaka do oblaka, naboj obično potječe ispod ili unutar nakovnja i probija se kroz gornje slojeve oblaka grmljavinske oluje, obično stvarajući munju s više grana.
Od oblaka do zemlje (CG) je najpoznatija vrsta munje, iako je treća po učestalosti – čini oko 25% slučajeva u cijelom svijetu. U ovom slučaju, munja ima oblik pražnjenja između grmljavinskog oblaka i tla, i obično je negativnog polariteta i inicirana je stepenastom granom koja se spušta iz oblaka.
CG munja je najpoznatija jer, za razliku od drugih oblika munje, završava na fizičkom objektu (najčešće Zemlji), pa se stoga može mjeriti instrumentima. Osim toga, predstavlja najveću prijetnju životu i imovini, pa se razumijevanje njegovog ponašanja vidi kao nužnost.
Učestalost udara groma u cijelom svijetu, prema podacima NASA-e. Zasluge: Wikipedia/Citynoise
Svojstva:
Rasvjeta nastaje kada se uzlazni i silazni struji vjetra odvijaju u atmosferi, stvarajući mehanizam punjenja koji odvaja električne naboje u oblacima – ostavljajući negativne naboje na dnu i pozitivne naboje na vrhu. Kako naboj na dnu oblaka nastavlja rasti, raste i razlika potencijala između oblaka i zemlje, koja je pozitivno nabijena.
Kada slom na dnu oblaka stvori džep pozitivnog naboja, formira se kanal elektrostatičkog pražnjenja koji počinje kretati prema dolje u koracima od nekoliko desetaka metara. U slučaju IC ili CC munje, ovaj kanal se zatim povlači u druge džepove područja pozitivnih naboja. U slučaju CG udaraca, stepenasti vođa privlači pozitivno nabijeno tlo.
Mnogi čimbenici utječu na učestalost, distribuciju, snagu i fizička svojstva “tipične” munje u određenoj regiji svijeta. To uključuje nadmorsku visinu tla, geografsku širinu, prevladavajuće struje vjetra, relativnu vlažnost, blizinu toplih i hladnih vodenih tijela, itd. Do određenog stupnja, omjer između IC, CC i CG munje također može varirati ovisno o sezoni u srednjim geografskim širinama.
Oko 70% munje događa se na kopnu u tropima gdje je atmosferska konvekcija najveća. To se događa kako zbog mješavine toplijih i hladnijih zračnih masa, tako i zbog razlike u koncentraciji vlage, a općenito se događa na granicama između njih. U tropima, gdje je razina smrzavanja općenito viša u atmosferi, samo 10% bljeskova munje su CG. Na geografskoj širini Norveške (oko 60° sjeverne zemljopisne širine), gdje je visina smrzavanja niža, 50% munje je CG.
Niz udara munje snimljenih kamerom Nightpod na ISS-u iznad Rima 2012. Zasluge: ESA/NASA/André Kuipers
Učinci:
Općenito, munja ima tri mjerljiva učinka na okoliš. Prvo, postoji izravan učinak samog udara groma, u kojem može doći do oštećenja konstrukcije ili čak fizičke ozljede. Kada rasvjeta udari u stablo, isparava sok, što može dovesti do eksplozije debla ili do pucanja velikih grana i pada na tlo.
Kada munja udari u pijesak, tlo koje okružuje plazma kanal može se otopiti, formirajući cjevaste strukture zvane fulguriti. Zgrade ili visoke građevine pogođene munjom mogu se oštetiti jer munja traži nenamjerne putove do zemlje. I premda otprilike 90% ljudi pogođenih gromom preživi, ljudi ili životinje pogođeni gromom mogu pretrpjeti teške ozljede zbog oštećenja unutarnjih organa i živčanog sustava.
Grmljavina je također izravna posljedica elektrostatičkog pražnjenja. Budući da plazma kanal pregrijava zrak u svojoj neposrednoj blizini, plinovite molekule podliježu brzom porastu tlaka i tako se šire prema van od munje stvarajući zvučni udarni val (tzv. grmljavina). Budući da se zvučni valovi ne šire iz jednog izvora, već duž duljine puta munje, različite udaljenosti izvora mogu stvoriti efekt kotrljanja ili tutnjave.
Visokoenergetsko zračenje također je posljedica udara groma. To uključuje rendgenske i gama zrake, koje su potvrđene promatranjima pomoću detektora električnog polja i rendgenskih zraka te svemirskih teleskopa.
Fulgerit nastao u pješčanoj mrlji kao posljedica udara groma. Zasluge: blogs.discovermagazine.com
Studije:
Prvo sustavno i znanstveno proučavanje munje izveo je Benjamin Franklin tijekom druge polovice 18. stoljeća. Prije toga, znanstvenici su uočili kako se električna energija može razdvojiti na pozitivne i negativne naboje i pohraniti. Također su primijetili povezanost između iskri proizvedenih u laboratoriju i munje.
Franklin je teoretizirao da su oblaci električno nabijeni, iz čega slijedi da je i sama munja električna. U početku je predložio testiranje ove teorije postavljanjem željezne šipke uz uzemljenu žicu, koju bi u blizini držala izolirana voštana svijeća. Ako bi oblaci bili električno nabijeni kako je očekivao, tada bi između željezne šipke i uzemljene žice skočile iskre.
Godine 1750. objavio je prijedlog prema kojem bi se zmaj puštao u oluji kako bi privukao munje. Godine 1752. Thomas Francois D’Alibard uspješno je proveo eksperiment u Francuskoj, ali je upotrijebio željeznu šipku od 12 metara (40 stopa) umjesto zmaja za stvaranje iskri. Vjeruje se da je do ljeta 1752. Franklin sam proveo eksperiment tijekom velike oluje koja se spustila na Philadelphiju.
Za svoju nadograđenu verziju eksperimenta, Franking je napao ključ zmaja, koji je bio spojen preko vlažne žice na izolacijsku svilenu vrpcu omotanu oko zglobova Franklinove ruke. Franklinovo tijelo je u međuvremenu osiguralo vodljivi put za električne struje do tla. Osim što je pokazao da grmljavine sadrže elektricitet, Franklin je uspio zaključiti da je i donji dio oluje općenito bio negativno nabijen.
Umjetnički prikaz Franklinovog eksperimenta sa zmajem koji je naslikao Benjamin West. Zasluga: javno vlasništvo
Mali značajan napredak postignut je u razumijevanju svojstava munje sve do kasnog 19. stoljeća kada su fotografija i spektroskopski alati postali dostupni za istraživanje munje. Tijekom tog razdoblja mnogi su znanstvenici koristili fotografiju s vremenskim razlučivanjem kako bi identificirali pojedinačne udare munje koji čine pražnjenje munje na tlu.
Istraživanje munje u moderno doba potječe iz rada C.T.R. Wilson (1869. – 1959.) koji je prvi upotrijebio mjerenja električnog polja za procjenu strukture naboja grmljavine uključenih u pražnjenje munje. Wilson je također dobio Nobelovu nagradu za izum Cloud Chamber, detektor čestica koji se koristi za otkrivanje prisutnosti ioniziranog zračenja.
Do 1960-ih interes je porastao zahvaljujući intenzivnoj konkurenciji koju su donijeli Svemirsko doba . S obzirom na to da su svemirske letjelice i sateliti poslani u orbitu, postojao je strah da bi munje mogle predstavljati prijetnju zrakoplovnim vozilima i čvrstoj elektronici koja se koristi u njihovim računalima i instrumentima. Osim toga, poboljšane sposobnosti mjerenja i promatranja omogućene su zahvaljujući poboljšanjima svemirskih tehnologija.
Uz zemaljsku detekciju munja, nekoliko je instrumenata na satelitima konstruirano za promatranje distribucije munje. To uključuje optički prijelazni detektor (OTD), na satelitu OrbView-1 lansiranom 3. travnja 1995., i naknadni senzor za snimanje munje (LIS) na brodu TRMM , koji je pokrenut 28. studenog 1997. godine.
Vulkan Colima (Volcán de Colima) na slici 29. ožujka 2015. s munjom. Zasluge i autorska prava: César Cantú.
vulkanska munja:
Vulkanska aktivnost može stvoriti uvjete pogodne za munje na više načina. Na primjer, snažno izbacivanje enormne količine materijala i plinova u atmosferu stvara gustu perjanicu visoko nabijenih čestica, što stvara savršene uvjete za munje. Osim toga, gustoća pepela i konstantno kretanje unutar perjanice kontinuirano proizvode elektrostatičku ionizaciju. To zauzvrat rezultira čestim i snažnim bljeskovima dok se perjanica pokušava neutralizirati.
Ova vrsta grmljavine često se naziva 'prljavom grmljavinom' zbog visokog sadržaja krutog materijala (pepela). Tijekom povijesti zabilježeno je nekoliko slučajeva vulkanske munje. Na primjer, tijekom erupcije Vezuva 79. godine, Plinije Mlađi je zabilježio nekoliko snažnih i čestih bljeskova koji su se događali oko vulkanskog oblaka.
Vanzemaljska munja:
Munje su opažene u atmosferama drugih planeta u našem Sunčevom sustavu, kao što su Venera, Jupiter i Saturn. U slučaju Venera , prve naznake da bi munja mogla biti prisutna u gornjim slojevima atmosfere primijetile su sovjetske misije Venera i američke misije Pioneer 1970-ih i 1980-ih. Radio pulsevi koje je snimio Svemirska letjelica Venus Express (u travnju 2006.) potvrđeno je da potječu od munje na Veneri.
Umjetnički koncept oluje Venere. Zasluge: NASA)
Uočene su grmljavine slične onima na Zemlji Jupiter . Vjeruje se da su rezultat vlažne konvekcije s Jupiterovom troposferom, gdje konvektivni oblaci dovode vlažan zrak iz dubina u gornje dijelove atmosfere, gdje se zatim kondenzira u oblake veličine oko 1000 km.
Slika noćne polutke Jupitera od strane Galileo 1990. godine i do Cassini svemirska letjelica u prosincu 2000. otkrila je da su oluje uvijek povezane s munjama na Jupiteru. Iako su udari rasvjete u prosjeku nekoliko puta snažniji od onih na Zemlji, očito su rjeđi. Nekoliko bljeskova je otkriveno u polarnim regijama, čime je Jupiter drugi poznati planet nakon Zemlje koji pokazuje polarne munje.
Osvjetljenje je također uočeno na Saturnu. Prva instanca dogodila se 2010 kadaCassinisvemirska sonda je otkrila bljeskove na noćnoj strani planeta, što se slučajno poklopilo s detekcijom snažnih elektrostatičkih pražnjenja. Godine 2012., slike koje je napravila sonda Cassini 2011. pokazale su kako ogromna oluja koja je zahvatila sjevernu hemisferu također je stvarao snažne bljeskove munja.
Nekada se smatralo da je 'čekić bogova', munja se od tada shvaća kao prirodni fenomen, koji postoji na drugim zemaljskim svjetovima, pa čak i plinskim divovima. Kako saznajemo više o tome kako se rasvjeta ponaša ovdje na Zemlji, to bi nam znanje moglo uvelike pomoći da razumijemo vremenske sustave i na drugim svjetovima.
Napisali smo mnogo članaka o munjama ovdje na Universe Today. Evo članka o NASA-in najveći sustav zaštite od munje . A evo zanimljivog članka o mogućoj povezanosti između solarni vjetar i munje .
Ako želite više informacija o munjama, pogledajte Početna stranica Nacionalne uprave za oceane i atmosferu (NOAA). . A evo i poveznice na NASA-in opservatorij Zemlje .
Imamo i epizodu Astronomy Cast, pod naslovom Epizoda 51: Zemlja .
