Žaibas – milžiniškas elektros kibirkšties išlydis atmosferoje, dažniausiai galintis įvykti per perkūniją, pasireiškiantis ryškiu šviesos blyksniu ir jį lydinčiu griaustiniu. Žaibai užfiksuoti ir Veneroje, Jupiteryje, Saturne ir Urane ir kt. Srovė žaibo išlydžio metu siekia 10-100 tūkst amperų, įtampa – nuo dešimčių milijonų iki milijardų voltų, tačiau po žaibo žūsta tik 47,3 proc. užklumpa žmogų.žmonių
Istorija:
Žaibo elektrinė prigimtis buvo atskleista amerikiečių fiziko B. Franklino tyrimuose, kurių pagrindu buvo atliktas eksperimentas išgauti elektrą iš griaustinio debesies. Franklino patirtis aiškinant elektrinę žaibo prigimtį yra plačiai žinoma. 1750 m. jis paskelbė darbą, kuriame aprašomas eksperimentas naudojant aitvarą, paleistą į perkūniją. Franklino patirtis buvo aprašyta Josepho Priestley darbe.
Fizinės žaibo savybės:
Vidutinis žaibo ilgis yra 2,5 km, kai kurie išlydžiai atmosferoje tęsiasi iki 20 km.
Žaibo formavimasis:
Dažniausiai žaibai įvyksta kamuoliniuose debesyse, tada jie vadinami perkūnijos debesimis; kartais žaibai susidaro nimbostratų debesyse, taip pat ugnikalnių išsiveržimų, viesulų ir dulkių audrų metu.
Paprastai stebimi linijiniai žaibai, kurie priklauso vadinamosioms beelektrodinėms iškrovoms, nes prasideda (ir baigiasi) įkrautų dalelių sankaupose. Tai lemia kai kurias vis dar nepaaiškintas jų savybes, kurios skiria žaibą nuo išlydžių tarp elektrodų. Taigi, žaibas yra ne trumpesnis nei keli šimtai metrų; jie atsiranda daug silpnesniuose elektriniuose laukuose nei laukai tarpelektrodų išlydžių metu; žaibo nešamų krūvių surinkimas įvyksta tūkstantosiomis sekundės dalimis iš milijardų smulkių, gerai viena nuo kitos izoliuotų dalelių, esančių kelių km? tūryje. Labiausiai ištirtas žaibo vystymosi procesas griaustinio debesyse, tuo tarpu žaibas gali praeiti pačiuose debesyse – debesų viduje esantis žaibas, o gali trenkti į žemę – žemės žaibas. Kad įvyktų žaibas, būtina, kad santykinai mažame (bet ne mažesniame už tam tikrą kritinį) debesies tūrį susidarytų elektrinis laukas (žr. atmosferos elektrą), kurio stiprumas būtų pakankamas elektros iškrovai pradėti (~ 1 MV/m). ), o didelėje debesies dalyje atsirastų laukas, kurio vidutinis stiprumas būtų pakankamas prasidėjusiam iškrovimui palaikyti (~ 0,1-0,2 MV/m). Žaibo metu Elektros energija debesys virsta šiluma, šviesa ir garsu.
Žemės žaibas:
Žemės žaibo kūrimo procesas susideda iš kelių etapų. Pirmajame etape zonoje, kurioje elektrinis laukas pasiekia kritinę vertę, prasideda smūginė jonizacija, kurią iš pradžių sukuria laisvieji krūviai, visada esantys nedideliais kiekiais ore, kurie, veikiami elektrinis laukasįgauna didelį greitį link žemės ir, susidūrę su orą sudarančiomis molekulėmis, jas jonizuoja.
Remiantis šiuolaikiškesnėmis koncepcijomis, atmosferos jonizacija iškrovai praeina veikiant didelės energijos kosminei spinduliuotei - dalelėms, kurių energija yra 1012–1015 eV, kurios sudaro platų oro dušą (EAS), mažėjant oro skilimo įtampa, palyginti su įprastomis sąlygomis.
Remiantis viena hipoteze, dalelės sukelia procesą, vadinamą bėgimo suirimu (proceso „paleidiklis“ šiuo atveju yra kosminiai spinduliai). Taip atsiranda elektronų lavinos, virstančios elektros išlydžių gijomis – srovėmis, kurios yra gerai laidūs kanalai, kuriuos susijungus susidaro ryškus termiškai jonizuotas didelio laidumo kanalas – laiptuotas žaibo lyderis.
Lyderio judėjimas į žemės paviršiaus vyksta kelių dešimčių metrų žingsniais ~ 50 000 kilometrų per sekundę greičiu, po to jo judėjimas sustoja kelioms dešimtims mikrosekundžių, o švytėjimas labai susilpnėja; tada sekančiame etape lyderis vėl pakyla kelias dešimtis metrų. Tuo pačiu metu ryškus švytėjimas dengia visus įveiktus žingsnius; tada vėl seka sustojimas ir švytėjimo susilpnėjimas. Šie procesai kartojasi, kai lyderis juda į žemės paviršių vidutiniu 200 000 metrų per sekundę greičiu.
Lyderiui judant link žemės, lauko stiprumas jo gale didėja ir jam veikiant iš Žemės paviršiuje išsikišusių objektų išstumiamas atsako stulpelis, jungiantis su lyderiu. Ši žaibo savybė naudojama žaibolaidžiui sukurti.
Paskutiniame etape po lyderio jonizuoto kanalo seka atvirkštinis (iš apačios į viršų) arba pagrindinis žaibo išlydis, kuriam būdingos srovės nuo dešimčių iki šimtų tūkstančių amperų, kurių ryškumas žymiai viršija lyderio ryškumą, ir didelis greitis, iš pradžių pasiekiantis ~ 100 000 kilometrų per sekundę, o pabaigoje mažėjantis iki ~ 10 000 kilometrų per sekundę. Kanalo temperatūra pagrindinio išleidimo metu gali viršyti 20000-30000 °C. Žaibo kanalo ilgis gali būti nuo 1 iki 10 km, skersmuo – keli centimetrai. Praleidus srovės impulsą, susilpnėja kanalo jonizacija ir jo švytėjimas. Paskutiniame etape žaibo srovė gali trukti šimtąsias ir net dešimtąsias sekundės dalis, siekdama šimtus ir tūkstančius amperų. Tokie žaibai vadinami užsitęsusiais, jie dažniausiai sukelia gaisrus. Bet žemė nėra įkrauta, todėl visuotinai priimta, kad žaibo išlydis ateina iš debesies link žemės (iš viršaus į apačią).
Pagrindinis iškrovimas dažnai išleidžia tik dalį debesies. Dideliame aukštyje esantys krūviai gali sukelti naują (rodyklės formos) lyderį, nuolat judantį tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu. Jo švytėjimo ryškumas artimas laiptuoto lyderio ryškumui. Kai nušluotas lyderis pasiekia žemės paviršių, įvyksta antras pagrindinis smūgis, panašus į pirmąjį. Žaibas dažniausiai apima keletą pasikartojančių iškrovų, tačiau jų skaičius gali siekti iki kelių dešimčių. Daugybinio žaibo trukmė gali viršyti 1 sekundę. Daugkartinio žaibo kanalo poslinkis vėjui sukuria vadinamąjį juostinį žaibą – šviečiančią juostelę.
Intracloud žaibas:
Intracloud žaibas paprastai apima tik lyderio stadijas; jų ilgis svyruoja nuo 1 iki 150 km. Vidaus debesies žaibo dalis didėja slenkant į pusiaują ir keičiasi nuo 0,5 vidutinio klimato platumose iki 0,9 pusiaujo juostoje. Žaibo praėjimą lydi elektrinių ir magnetinių laukų bei radijo spinduliuotės pokyčiai, vadinamoji atmosfera.
Skrydis iš Kolkatos į Mumbajų.
Tikimybė, kad į žemės objektą pataikys žaibas, didėja didėjant jo aukščiui ir padidėjus grunto elektriniam laidumui paviršiuje arba tam tikrame gylyje (žaibolaidžio veikimas pagrįstas šiais veiksniais). Jei debesyje yra elektrinis laukas, kurio pakanka išlaikyti iškrovą, bet nepakanka, kad ji įvyktų, ilgas metalinis kabelis arba lėktuvas gali atlikti žaibo iniciatoriaus vaidmenį – ypač jei jis yra stipriai įkrautas. Taigi žaibas kartais „išprovokuojamas“ nimbostratuose ir galinguose kamuoliniuose debesyse.
Žaibai viršutiniuose atmosferos sluoksniuose:
Jis buvo atrastas 1989 m ypatinga rūšisžaibas – elfai, žaibai viršutiniuose atmosferos sluoksniuose. 1995 metais buvo aptiktas dar vienas žaibo tipas viršutiniuose atmosferos sluoksniuose – purkštukai.
elfai:
Elfai (angl. Elves; Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse Sources) yra didžiuliai, bet silpnai šviečiantys apie 400 km skersmens blykstės kūgiai, kurie atsiranda tiesiai iš griaustinio debesies viršaus. Elfų ūgis gali siekti 100 km, blyksnių trukmė – iki 5 ms (vidutiniškai 3 ms).
Purkštukai:
Purkštukai yra mėlyni vamzdiniai kūgiai. Purkštukų aukštis gali siekti 40-70 km (apatinė jonosferos riba), purkštukai gyvena santykinai ilgiau nei elfai.
Sprites:
Spraitus sunku atskirti, tačiau jie atsiranda beveik bet kokioje perkūnijoje 55–130 kilometrų aukštyje („paprasto“ žaibo susidarymo aukštis – ne daugiau kaip 16 kilometrų). Tai savotiškas žaibas, kuris šauna iš debesies. Pirmą kartą šis reiškinys atsitiktinai užfiksuotas 1989 m. Labai mažai žinoma apie fizinę spritų prigimtį.