Грозовые облака содержат льдинки, которые при столкновении обмениваются электрическими зарядами. Со временем это приводит к накоплению значительного заряда внутри облака, необходимого для возникновения молнии.
Существуют различные гипотезы о том, как именно появляется самая первая искра. Согласно одной из них, она возникает непосредственно в процессе взаимодействия заряженных льдинок. Другая предполагает, что инициатором процесса могут быть космические лучи. Тем не менее детали этого процесса остаются предметом научных дискуссий.
Поэтому австрийские исследователи предприняли попытку глубже разобраться в вопросе образования молний. Для изучения накопления и влияния электрического заряда на ледяные кристаллы они использовали искусственно созданные аэрозоли, состоящие из микроскопических частиц диоксида кремния.
Ученым удалось создать инновационный метод захвата электрического заряда отдельных аэрозольных частиц кремнезёма с помощью двух лазерных лучей. Длительное время они совершенствовали лазерную ловушку для захвата частиц. Изначально удерживать частицу удавалось лишь короткое время – не более нескольких минут. На сегодняшний день, ученые достигли колоссальных успехов, они могут удерживать частицу несколько недель, и изучать ее поведение, анализировать величину заряда и определять влияние влажности на него. Однако, входе эксперимента выяснилось, что лазеры тоже виляют на ход исследования: они тоже могут заряжать аэрозольные частицы. Ученые учли этот эффект лазеров и использовали в своем эксперименте
Лазерные лучи состоят из фотонов (частиц света, движущихся со скоростью света). При одновременном поглощении пары таких фотонов происходит «изгнание» электрона из частицы. Как следствие, частица получает небольшой положительный заряд. Шаг за шагом частица становится всё более позитивно заряженной.
Это потрясающее открытие позволило управлять процессом увеличения электрического заряда аэрозольной частицы при переходе от нейтрального состояния к сильно заряженному состоянию. Ученых удивило то, что по мере накопления положительного заряда частица внезапно теряет заряд – проскакивает мини-молния – похожее явление, как считают ученые, происходит и в грозовых облаках.
Хотя сейчас этот процесс демонстрируется лишь в лабораторных условиях, а ледяные кристаллы значительно больше искусственно созданных частиц, исследователи полагают, что данное исследование приблизит нас к пониманию механизмов возникновения молний.