אלקטרומטאורים: מה הם, סוגים ודוגמאות מוסברות

ل אלקטרומטאורים אלו הן תופעות אטמוספריות מסוג זה, שמלבד להשאיר אותנו ללא מילים, מסתירות מאחוריהן עושר של פיזיקה מרתקת. ברק המאיר את השמיים, רעם שמרעיד חלונות, זוהר הקוטב שצובע את לילות הקוטב בצבע, או אש אלמו הקדוש המסתורית המופיעה על ספינות ומטוסים: כולן שייכות לאותה משפחה של תופעות חשמליות אטמוספריות.

הבנת מה הם אלקטרומטאורים עוזרת לנו כדי להבין טוב יותר את האקלים והדינמיקה של האטמוספירהמאחר והם קשורים קשר הדוק לתהליכים כמו סופות, מחזור חלקיקים טעונים והאינטראקציה בין רוח השמש לשדה המגנטי של כדור הארץ, מאמר זה יבחן בפירוט מהם, כיצד הם מסווגים, לאילו סוגים אחרים של מטאורים הם שייכים, ומהן הדוגמאות הידועות ביותר שלהם, תוך שילוב מידע מטאורולוגי קלאסי ותוכן חינוכי מפרויקטים ייעודיים.

מהו מטאור וכיצד הוא מסווג?

לפני שנתמקד באלקטרומטאורים, חשוב להבהיר מהי מטאורולוגיה מֵטֵאוֹרמאז יוון העתיקה, המילה "מטאורים" שימשה לתיאור כל תופעה המתרחשת בשמיים וניתנת לזיהוי על ידי החושים. מטאורולוגים מודרניים שומרים על רעיון כללי זה: מטאור הוא כל תופעה נראית, נשמעת או מורגשת באופן כללי המתרחשת באטמוספירה או על פני כדור הארץ.

מטאורולוגיה, כפי מדע החוקר את התופעות הקשורות לדינמיקה של האטמוספירה והחוקים השולטים בהם פיתחו סיווג של מטאורים לפי מקורם הפיזי. לא כל המטאורים נוצרים מאותן סיבות, ולכן הם מקובצים למספר קטגוריות רחבות המאפשרות לנו להבין טוב יותר מה קורה בכל מקרה.

במילים פשוטות, מטאור יכול להיגרם על ידי חלקיקים מוצקים בתרחיף, מים במצביהם השונים, קרינת אור או חשמל אטמוספריבהתבסס על כך, הארגון המטאורולוגי העולמי ורוב ספרי הלימוד הבסיסיים במטאורולוגיה מבחינים בארבע קבוצות עיקריות של מטאורים, הנלמדות בדרך כלל בסדנאות מבוא למדעי האטמוספירה:

• ליתומאוריטיםתופעות הנגרמות על ידי חלקיקים מוצקים באוויר, כגון אבק, חול, אפר או עשן.
• הידרומטאוריםתופעות הקשורות למים בצורה נוזלית או מוצקה, כגון גשם, שלג, ברד, ערפל, כפור וכו'.
• פוטומטאורים: ביטויים הנובעים מאינטראקציה של אור (בעיקר אור שמש) עם האטמוספירה, כגון קשתות בענן, הילות או כתרות.
• אלקטרומטאוריםתופעות שהן ביטוי גלוי או נשמע של חשמל אטמוספרי, כגון ברקים, רעמים, זוהר הקוטב ואש סנט אלמו.

בטקסט זה נתמקד באלקטרומטאורים, אך כדאי לדעת ש- מערכת סיווג רחבה יותר זה כולל גם תופעות הקשורות לאבק, מים ואור. בדרך זו, התמונה הכוללת של מה שקורה באטמוספירה הופכת הרבה יותר קוהרנטית וקלה יותר לפירוש.

מהם אלקטרומטאורים?

זה נקרא אלקטרומטאור זה מתייחס לכל מטאור שמקורו בחשמל באטמוספירה ונתפס כאור, צליל או אפקטים אחרים. אנחנו לא מדברים על מטענים חשמליים קטנים ומבודדים, אלא תהליכים חשמליים בקנה מידה גדול מסוגל לייצר פריקות או הבזקים מרהיבים בשמיים שניתן לראות בעין בלתי מזוינת.

במונחים מעשיים, אלקטרומטאורים כוללים את התופעות שבהן ה- חשמל אטמוספרי משתחרר פתאום או מתבטא פחות או יותר ברציפותהדוגמאות הידועות ביותר שלה הן הברקים והרעמים של סופות ברקים, הזוהר הקוטבי, והבזקי אש סנט אלמו המופיעים על משטחים מחודדים.

תופעות אלו יכולות להיגרם מסיבות שונות: החל מ סופות של התפתחות אנכית גדולה אלה נעים בין הפרדת מטענים חשמליים בתוך עננים ועד לאינטראקציה בין רוח השמש, הטעונה בחלקיקים, לבין השדה המגנטי של כדור הארץ, כמו גם הצטברות של חשמל סטטי על עצמים מוארכים כמו תרנים או כנפי מטוס.

תחומי העניין שלהם אינם רק אסתטיים. אלקטרומטאורים מציעים רמזים רלוונטיים ביותר לגבי מצב האטמוספירה: הם עוזרים לאתר סופות עזות, מצביעים על אזורים של פעילות חשמלית חזקה, חושפים את השפעת השמש על האטמוספירה העליונה, ובכלל, נותנים לנו מידע על... כיצד מטענים חשמליים מתפזרים ונפרקים ברחבי כדור הארץזה הופך אותם למרכיב מפתח הן בתצפיות מטאורולוגיות והן במחקר מדעי.

בחלק ממשאבי החינוך, כגון משחקים וחומרי מידע מסוכנויות מטאורולוגיות רשמיות, אלקטרומטאורים מוצגים בדיוק כפי ש... "מטאורים שהם ביטוי גלוי או נשמע של חשמל אטמוספרי"מהגדרה בסיסית זו, מוסבר שהם יכולים להיות תוצאה של פריקות לא רציפות או תופעות חשמליות רציפות, ניואנס שנראה בהמשך.

סוגי אלקטרומטאורים

בתוך קבוצת האלקטרומטאורים, המטאורולוגיה מבחינה בין שתי קבוצות גדולות בהתאם לאופן שבו ה... חשמל אטמוספרימצד אחד, ישנן פריקות מהירות ומקומיות; מצד שני, ישנן תופעות של בהירות או פליטה רציפה יותר. סיווג זה עוזר להבין מדוע לא כל התופעות החשמליות בשמיים מתנהגות באותו אופן.

ראשית, נמצא את האלקטרומטאורים עקב פריקות לסירוגיןאלו הם תהליכים שבהם אנרגיה חשמלית המצטברת בענן, בין עננים, או בין ענן לקרקע משתחררת לפתע, תוך זמן קצר מאוד. ברק, ההבזק שאנו רואים, והרעם שאנו שומעים שייכים לקבוצה זו, שכולם קשורים לסופות רעמים.

במקום השני נמצאים האלקטרומטאורים קשורים לתופעות חשמליות רציפות או כמעט רציפותבמקרה זה, שחרור האנרגיה אינו מתרחש בניצוץ אחד, אלא נשמר למשך זמן ארוך יותר, ויוצר זוהר או הארה יציבים יותר, כפי שקורה בזוהר הקוטב או באש אלמו הקדוש.

אם נזמין את הדוגמאות המייצגות ביותר בנוגע לאטמוספירה של כדור הארץ, נוכל להדגיש את הדוגמאות הבאות כמייצגות ביותר, אשר מפותחות בסעיפים ספציפיים בשל חשיבותן:

• ברקים ורעמים, תופעות זוהרות וחשמליות האופייניות לענני סערה.
• רַעַם, החלק הקולי של הפרשות אלה, הנוצר כתוצאה מהתפשטות פתאומית של האוויר.
• זוהר הקוטב, וילונות של אור צבעוני באזורים הסמוכים לקטבים, הנוצרים על ידי חלקיקים טעונים מהשמש.
• האש של סן טלמו, זוהר חשמלי בקצוות של עצמים מוארכים, הנראה בעיקר על ספינות ומטוסים.

לכולם מקור כללי זהה, שהוא ה- חשמל אטמוספריעם זאת, האופן שבו הם מצטברים, משתחררים ונתפסים משתנה במידה ניכרת מאחד לשני. לכן, הם נחקרים בנפרד, למרות שהם נחשבים לחלק מאותה משפחה.

ברקים ורעמים

בשפה היומיומית אנו משתמשים לעתים קרובות ב"ברק" וב"פלאש" כמעט לסירוגין, אך במטאורולוגיה נעשית הבחנה ברורה בין שני המושגים. ראיו הוא הפריקה החשמלית עצמה, בעוד ש- ברק זהו החלק הזוהר שאנו צופים בו כאשר פריקה זו מייננת את האוויר וגורמת לו לזהור.

ברק כמעט תמיד מופיע קשור ל ענני סערה של התפתחות אנכית גדולהכמו ענני קומולונימבוס. בתוך עננים אלה נוצרים רוחבי עלייה ויורדת חזקים, הגורמים לטיפות גשם, גבישי קרח וברד להתנגש ברציפות. התנגשויות אלה גורמות לחלקיקים להיות טעונים חשמלית ולהיפרד לאזורים שונים בתוך הענן.

עם הזמן, דינמיקה זו מובילה ל... הצטברות של מטען חשמלי הפרש פוטנציאלים חשמליים חזק מאוד מתרחש בין חלקים שונים של ענן או בין בסיס הענן לקרקע. כאשר הפרש פוטנציאלים זה הופך גבוה מספיק, האוויר מפסיק לשמש כמבודד, ומתרחשת פריקה: ברק. פריקה זו יכולה לנוע מענן לענן, מענן לאוויר, או מענן לקרקע, כאשר האחרון הוא הנפוץ ביותר וגם המסוכן ביותר לאנשים ולתשתיות.

במהלך מסלולו של הברק, האוויר בתעלה דרכה הוא עובר מתחמם לפתע לטמפרטורות גבוהות במיוחד, כמה אלפי מעלות. חימום מהיר זה גורם לאוויר... להתרחב בצורה נפיצה וכשהוא מתכווץ לאחר מכן, הוא יוצר גל הלם שמתפשט כצליל. את הצליל הזה אנו תופסים כרעם, היבט שנבחן ביתר פירוט בסעיף הבא.

ברק, מצדו, הוא ה- הבזק של אור קשור לפריקה. כאשר האוויר מיונן, אלקטרונים עוברים מרמות אנרגיה גבוהות יותר לנמוכות יותר, ומשחררים פוטונים של אור. זו הסיבה שאנו רואים הבזק כה עז וחולף, שלעתים קרובות מתפצל, שיכול להאיר שמיים שלמים בלילה. לפעמים, במיוחד אם הענן רחוק, אנו יכולים לראות את הברק מבלי לשמוע את הרעם המתאים.

ברק הוא אחד האלקטרומטאורים האלימים והפוגעים ביותר. מלבד העניין המדעי שלו בהבנת חשמל אטמוספריהם חיוניים מבחינה בטיחותית: הם עלולים לגרום לשריפות, נזק למבנים, להשפיע על רשתות חשמל ולהוות סיכון ישיר לאנשים ובעלי חיים בחוץ.

רעם

El רַעַם זהו הצליל המלווה את הפריקה החשמלית של ברק. הוא נוצר משום שהחימום העז של האוויר בתעלת הברק גורם לאוויר להתפשט כמעט באופן נפיץ ואז להתכווץ בפתאומיות. התפשטות זו ודחיסה שלאחר מכן גורמות ל... גל לחץ שנע באטמוספירה ואנו תופסים כשאגה, רעם או סדרה של פגיעות קול.

למרות שהפריקה היא כמעט מיידית, הרעם יכול להימשך זמן רב מכיוון שהצליל הוא מתפשט במהירויות שונות ובנתיבים שונים. בהתאם לטמפרטורה, לחות, מבנה העננים והמרחק מהצופה, לעתים קרובות אנו שומעים רעם כרעם ארוך ולא כפיצוץ בודד.

יש הבדל משמעותי בתפיסת ברק ורעם עקב מהירות האור והקול. אור נע הרבה יותר מהר מקול, כך אנחנו רואים את הברק קודם ורק כמה שניות לאחר מכן אנו שומעים את הרעם. הפרש הזמן הזה משמש לחישוב גס של המרחק שבו התרחשה הפריקה: על ידי ספירת השניות בין ההבזק לצליל וחלוקתן בשלוש, אנו מקבלים הערכה בקילומטרים.

מנקודת מבט של סיווג מטאורים, רעם נחשב ל... אלקטרומטאור נשמעבעוד שברק נחשב לביטוי נראה לעין, שניהם חלק מאותו פריקה חשמלית ונלמדים יחד במדריכים לפיזיקת סערות ובמטאורולוגיה תפעולית.

אורורה קוטבית

La זוהר הקוטב זהו סוג נוסף של אלקטרומטאור, שונה מאוד מהקודמים, אך קשור באותה מידה לחשמל ולחלקיקים טעונים. זוהי תופעה זוהרת המופיעה באטמוספירה העליונה, בדרך כלל בגובה של 80 עד 500 קילומטרים, בצורת וילונות, קשתות, רצועות או כתמי אור הנעים ומשתנים בעוצמתם לאורך זמן.

מקורו אינו בסערה מקומית, אלא באינטראקציה בין ה... רוח סולארית —זרימה של חלקיקים טעונים מהשמש— ומשדה המגנטי של כדור הארץ. כאשר פעילות השמש גבוהה, מספר הפרוטונים והאלקטרונים המגיעים לסביבת כדור הארץ עולה. השדה המגנטי מנתב חלק גדול מהחלקיקים הללו לעבר אזורי הקוטב, שם הם חודרים לאטמוספירה העליונה ומתנגשים באטומים ובמולקולות של גזים כמו חמצן וחנקן.

כאשר התנגשויות אלה מתרחשות, האטומים והמולקולות האטמוספריים מתעוררים, ועם חזרתם למצב האנרגיה ההתחלתי שלהם, הם פולטים אור בצבעים שונים.התוצאה היא המחזה החזותי שאנו מכירים כזוהר הקוטב. הגוונים הירוקים נובעים בדרך כלל מחמצן בגבהים של כ-100-150 ק"מ, בעוד שהאדומים והסגולים קשורים לפליטות בגבהים אחרים ולסוגים שונים של חלקיקים.

בחצי הכדור הצפוני, אורות אלה נקראים אורות צפוןבחצי הכדור הצפוני הם ידועים בשם "זוהר הקוטב", בעוד שבחצי הכדור הדרומי הם נקראים "זוהר הדרומי". למרות שמראהם יכול להשתנות מאוד מלילה ללילה, הם מזוהים על ידי צורותיהם הגליות, תנועתם הדינמית והמראה המועדף שלהם באזורים בקווי רוחב גבוהים, כמו סקנדינביה, קנדה, אלסקה, איסלנד או אנטארקטיקה.

זוהר הקוטב הוא דוגמה מובהקת לאלקטרומטאור סוג רציף או לפחות למשך זמן ממושך בהשוואה לברקים. הם יכולים להישאר גלויים בין מספר דקות למספר שעות, עם שינויים בעוצמתם ובמבנה שלהם. בנוסף לחשיבותם האסתטית והתיירותית, הם משמשים כאינדיקטור לפעילות גיאומגנטית ולקשר בין השמש למגנטוספרה של כדור הארץ.

האש של סן טלמו

El השריפה של אלמו הקדוש זהו אלקטרומטאור פחות מוכר לציבור הרחב, אך מוזכר לעתים קרובות במסורת הימית ובמדריכים למטאורולוגיה המיושמים לניווט. הוא מורכב מפריקה זוהרת של חשמל סטטי שנצבר בקצותיהם של עצמים מוארכים, כגון תרני ספינות, קצוות אנטנות או כנפי מטוס.

תופעה זו מתרחשת בדרך כלל במצבים של שדות חשמליים אטמוספריים חזקים, לעתים קרובות ליד סופות רעמים או כאשר האוויר טעון מאוד. בתנאים אלה, נקודות חדות ובולטות פועלות כמרכזי מטען. כאשר הפוטנציאל החשמלי מגיע לערכים מסוימים, האוויר שמסביב הופך מיונן חלקית, ויוצר זוהר כחלחל או לבנבן סביב קצה האובייקט.

מבחינה היסטורית, מלחים פירשו את אש סנט אלמו כסימן להגנה או אות רע, בהתאם לתרבות ולתקופה, משום שהיא הופיעה לעתים קרובות במהלך סערות או תנאי מזג אוויר קיצוניים. מהפיזיקה המודרנית, אנו יודעים שזהו... הורדה בקורונה, סוג של פריקה חשמלית שאינה אלימה כמו ברק, אך מצביעה על נוכחות של שדה חשמלי עז.

במטוסים, ניתן לראות את אש סנט אלמו בקצוות הקדמיים של הכנפיים, באף או באנטנות במהלך טיסה באזורים מחושמלים מאוד. למרות שהיא עשויה להיראות בולטת או מטרידה למי שאינו מכיר אותה, היא חלק מהתופעות החשמליות הצפויות באטמוספירה, ובכלל, לא מרמז כשלעצמו על סכנה חמורה עבור המטוס.

בכל מקרה, אש סנט אלמו היא תזכורת לכך שהאטמוספרה אינה רק אוויר נע, אלא גם סביבה פעילה חשמלית שבהם נוצרים הפרשי פוטנציאלים המסוגלים לייצר את ההשפעות הזוהרות המוזרות הללו על מבנים מלאכותיים.

הקשר בין אלקטרומטאורים למטאורים אחרים

למרות שהדגשנו אלקטרומטאורים כקטגוריה נפרדת, חשוב לא לשכוח את העובדה שהאטמוספירה מלאה ב תופעות בו זמניותבסערה, למשל, נפוץ למצוא הידרומטאורים (גשם, ברד), פוטומטאורים (קשתות בענן אם השמש מופיעה אחרי הגשם) ואלקטרומטאורים (ברקים, הבזקים ורעמים), כולם לפעמים מלווים בליתומטאורים אם יש אבק או עשן בתרחיף.

בהקשרים אחרים, כמו למשל בפרקים של סופות ערפל, עשן או אבקהראות מצטמצמת עקב נוכחותם של חלקיקים מוצקים באוויר, שהם חלק מליתומטורים. אותם חלקיקים יכולים להשפיע על היווצרות עננים או על פיזור מטענים חשמליים, ובכך לשנות בעקיפין את התנאים המעדיפים פגיעות ברק.

אותו הדבר קורה עם פוטומטאורים: אור השמש מגיב עם טיפות מים או גבישי קרח כדי ליצור קשתות בענן, הילות או קורונות, בעוד שבגבהים גבוהים יותר, חלקיקים טעונים מהשמש גורמים ל... אורות הקוטבאשר, למרות היותם אלקטרומטאורים, יש להם קשר מסוים עם תופעות אופטיות בשל המרהיבות החזותית שלהם.

דו-קיום זה של סוגים שונים של מטאורים פירושו שמטאורולוגיה נתפסת כיום כדיסציפלינה משולבת, שבה נחקרים סוגי המטאורים השונים יחד. תהליכים דינמיים, תרמודינמיים, קרינתיים וחשמליים של האטמוספירה. אלקטרומטאורים, רחוקים מלהיות תופעות מבודדות, מוכנסים למסגרת זו, ומספקים מידע מפתח על המבנה האנכי של עננים, זרימת החלקיקים הטעונים וחילופי אנרגיה בין שכבות האטמוספירה ועם החלל החיצון.

בפועל, פרויקטים של הסברה כגון סדנאות מבוא למדעי האטמוספירה או משחקים חינוכיים המקודמים על ידי שירותים מטאורולוגיים לאומיים משתמשים בסיווגי מטאורים אלה כדי להנגיש אותם בקלות לציבור הרחב. מושגים חיוניים של מטאורולוגיהבמחקרים אלה, אלקטרומטאורים מוצגים כאלמנט בסיסי לפירוש השמיים בימים סוערים או בקווי רוחב קוטביים.

מכלול התופעות הזה - ברקים, רעמים, הבזקי אור, זוהר הקוטב ואש סנט אלמו - מזכיר לנו שהאטמוספירה של כדור הארץ היא מערכת מורכבת ביותר שבה ה... חשמל משחק תפקיד מובילמהפרשות עזות המאירות סערה ועד לזוהר הרך של הקוטב הצפוני בלילה הקוטבי, אלקטרומטאורים לא רק מציעים מחזה חזותי ושמיעתי מדהים, אלא גם מהווים אינדיקטורים חשובים לתהליכים הפיזיים השולטים באקלים שלנו ובאינטראקציה עם סביבת החלל.