Lyn

mini|Lynnedslag i Eiffeltårnet i 1906 — eit av dei første bileta av lyn i eit urbant område.

Lyn er ei kraftig naturleg elektrostatisk utlading som oppstår i torevêr. Den elektriske utladinga er etterfølgd av eit skarpt synleg lys og andre former for elektromagnetisk stråling. Den elektriske straumen som strøymer gjennom utladingskanalen varmar raskt opp lufta til plasma og utvidar lufta. Dette fører til ei akustisk sjokkbølgje i atmosfæren som ein høyrer som torebrak.

Tidleg forsking mini|Illustrasjon av det vidkjende drageeksperimentet til Benjamin Franklin. Under tidlege elektrisitetseksperiment med leidenflasker og andre instrument fann fleire forskarar ut at småskala gneistar hadde visse fellestrekk med lyn. Benjamin Franklin fann opp lynavleiaren då han prøvde å teste denne teorien ved å bruke eit spir han hadde sett opp i Philadelphia. Medan han venta på at spiret skulle bli ferdig gjorde Thomas-François Dalibard og De Lors same eksperimentet i Marly i Frankrike, seinare kjend som Philadelphia-eksperimentet. Franklin får vanlegvis æra, sidan det var han som føreslo eksperimentet. Franklin-eksperimentet er slik:

Medan han venta på at spiret skulle bli ferdig, fekk han idéen om å bruke ein flygande lekam, som ein flygande drake, i staden for. Under eit torevêr i juni 1752 prøvde han draken med sonen sin som assistent. Han festa sin ende av tråden til ein nøkkel og batt den til ein stolpe med silketråd. Etter ei stund merka Franklin at lause fibrar på tråden stakk ut til alle kantar. Han tok då handa si bort til nøkkelen og ein gneist oppstod mellom handa og nøkkelen. Regnet som kom i samband med torevêret gjorde tråden våt og straumførande.

Omtalar om eksperimentet spreidde seg og fleire prøvde å gjenskape det. Eksperiment som involverer lyn er derimot alltid risikable og fleire av desse eksperimenta førte til dødsfall. Den mest kjende av desse var professor George Richmann i St. Petersburg i Russland. Han sette opp eit eksperiment liknande det Franklin hadde gjort. Medan han heldt på med eksperimentet oppstod det eit kulelyn som trefte hovudet til professoren og drap han.

Moderne forsking mini|Ein teslaspole dannar små «straumkanalar»

Sjølv om eksperimentet til Franklin viste at lyn er ei utlading av statisk elektrisitet, forstod ein lite om korleis lyn oppstod. Det var først når ei byrja å lage kraftlinjer for å transportere straum at ein måtte finne ut meir om lyn for å kunne verne linjene og utstyret.

Ei utlading, eller eit førarlyn med ionisert luft, går frå eit negativt ladd område i ei toresky og nedover i fleire kjappe hopp, opp til 50 m lange. På vegen ned kan førarlynet delast opp i fleire mindre kanalar, og det tar fleire hundre millisekund før førarlynet kjem ned til bakken. Den innleiande fasen inneber relativt svak elektrisk straum (ti til eit par hundre ampere), og førarlynet er nesten usynleg samanlikna med straumpulsane som kjem seinare. Når førarlynet nesten er nede ved bakken, vil ein eller fleire mindre utladingar (kalla fangladingar) stige frå høge, jorda lekamar i nærleiken på grunn av det kraftige elektriske feltet som oppstår i samband med det innkomande førarlynet.

Når ein av desse fangladingane møter førarlynet på veg ned frå skya blir kretsen lukka og sjølve hovudlynet blir utløyst. Hovudlynet går gjennom lufta med 10 % av lyset sin snøggleik (30 millionar m/s) og den maksimale straumen varer nokre mikrosekund. Etter straummaksimumet minkar straumen gradvis i løpet av ti til eit par hundre mikrosekund.

I negativt ladde lyn vil vanlegvis fleire straumpulsar følgje i same kanal. Det går om lag 30 millisekund mellom kvar puls. Alle dei kjappe straumpulsane i same lynkanal var kjend allereie i antikken, og gjev lynet den sprakande utsjånaden.

Positivt ladde lyn (ein sjeldnare form for lyn som oppstår frå dei positivt ladde områda av ei toresky) følgjer vanlegvis ikkje dette mønsteret som er skildra over.

Korleis lyn oppstår venstre|mini|Doble lynnedslag.

Den første prosessen i å generere lyn er utstrøyming av ladde partiklar frå sola i det som blir kalla solvinden. Jorda blir elektrisk ladd i dei ytre atmosfærelaga av desse partiklane, særleg i ionosfæren. Desse ladingane vil prøve å nøytralisere seg sjølv ved å nå ned til overflata, og kan hjelpe til med å separere positive og negative ladingsberarar i ei sky eller i lufta og på den måten hjelpe til å få danna lyn.

Fråskilde ladingar Polariseringsmekansimar Korleis ladinga blir fråskild i ei sky er eit emne ein framleis forskar på, men ein teori er polariseringsmekanismar som har to komponentar: Fallande dropar av is og regn blir elektrisk polariserte når dei fell gjennom atmosfæren sitt naturlege elektriske felt. Kolliderande ispartiklar blir ladde ved elektrostatisk induksjon.

Elektrostatisk induksjonsteori Ein annan teori er at motsette ladingar blir drivne frå kvarandre av polariseringsmekansimar og at energien lagar eit elektrisk felt mellom dei. Det verkar som om elektrifisering av skyer krev kraftige oppoverretta luftrørsler som lyfter vassdropar oppover slik at dei blir underkjølte med temperaturar mellom -10 og -20 °C. Desse kolliderer med iskrystallar og dannar ein mjuk blanding av is og vatn kalla sprø hagl. Kollisjonen fører til at litt positiv lading blir overført til iskrystallen, og litt negativ lading til det sprø haglet. Den stigande luftstraumen tar dei lettare iskrystallane med seg oppover slik at skytoppen får aukande positiv lading. Dei tyngre negativt ladde hagla fell mot midten og dei lågare områda av skya og byggjer opp negativ lading her. Fråskiljinga av ladingar held fram til det elektriske potensialet blir stort nok til at det oppstår ei utlading i form av eit lyn.

Gammastråleteori venstre|mini|Lyn lyser opp nattehimmelen. Ein har oppdaga dei siste 15 åra at det blant lynprosessane er ein mekanisme som kan generere gammastrålar. Desse forlet atmosfæren og er observert av romfartøy. I 1994 blei desse gammastrålane (Terrestrial Gamma-Ray Flashes, TGF) tilfeldigvis observert av NASA, og i 1996 blei gammastrålane observert i samband med eitt individuelt lynnedslag. Vidare forsking har vist at desse gammastrålane har høgare energi enn gammastrålane som kjem frå sola. Etter å ha overvaka Karibia i fire månader i 2004 oppdaga forskarar at gammastrålane måtte kome frå innsida av toreskyene. Overraskande nok viste det seg òg at gammastrålane oppstår 1,24 millisekund før lynnedslaget, men dette kan ha vore på grunn av unøyaktige klokker i romfartøyet som observerte gammastrålane. Seinare målingar har vist at strålane kjem 1-3 ms etter lynnedslaget, og indikerer med det at strålane kjem som eit resultat av lynnedslaget, og truleg oppstår mykje høgare i atmosfæren, kanskje fleire titals km over toreskya der gammastrålane kan forlate den svært tynne atmosfæren utan å bli absorberte.

mini|Lyn

mini|Lyn er ei form for energioverføring som er svært synleg.

Utlading Når nok negativ og positiv lading er samla opp, og det elektriske feltet har blitt kraftig nok, oppstår det ei elektrisk utlading (lyn) i skya eller mellom skyer og bakken. I samband med lynet vil delar av lufta bli straumførande når elektron og positive ion av luftmolekyl blir dregne frå kvarandre og strøymer i motsette retningar.

Ein teori sett fram av Alex Gurevich frå Lebedev Fysisk Institutt i 1992 foreslår at lynnedslag blir utløyste av kosmisk stråling som ioniserer atom. Dette frigjev elektron som blir aksellererte i det elektriske feltet, ioniserer andre luftmolekyl og gjer lufta straumførande. Dette fører så til eit lynnedslag.

Når ei sky flyttar seg over jordoverflata, vil ei like stor og motsett retta lading bli indusert på jordoverflata under skya. Den induserte ladinga på overflata følg rørsla til skya. Når eit førarlyn nærmar seg overflata, vil den motsette ladinga på overflata forsterke det elektriske feltet. Det elektriske feltet er størst i tre og høge bygningar. Visst det elektriske feltet er sterkt nok, vil ei konduktiv utlading (kalla ei fanglading) utvikle seg frå desse høge punkta. Denne teorien blei først sett fram av Heinz Kasemir. Når feltet aukar, vil fangladingane bli varmare og meir straumførande og til slutt møte førarlynet som er på veg nedover frå skya. Det er òg mogeleg at fleire fangladingar blir danna frå forskjellige lekamar samtidig, men berre ei av desse vil knyte seg saman med førarlynet og danne hovudkanalen til lynet. Fleire bilete er tatt der ein kan sjå fangladingar som ikkje er knytte til sjølve lynet. Når dei to ladingane møtest, aukar den elektriske straumen kraftig. Området med høgast straum forplantar seg tilbake, oppover førarlynet, og inn i skya før eit «returlyn», som har kraftigast lys, slår tilbake mot bakken.

Lyn kan òg oppstå frå oskeskyer i samband med vulkanutbrot eller frå kraftige skogbrannar der støvpartiklar skapar statisk elektrisitet.

Ein har observert at eit lynnedslag består av fleire (opp til 12) utladingar med ulik intensitet, og dette skapar den blafrande effekten ein kan sjå i samband med lynnedslag. Kvar utlading brukar den same lynkanalen som den første straumpulsen brukte. Den elektriske utladinga overoppvermer kanalen, og får lufta til å utvide seg særs raskt. Dette produserer ei sjokkbølgje som ein kan høyre som eit torebrak. Den rullande og gradvise rumlinga kjem av forskjellig oppvarming og avkjøling av lynkanalen. At kvar straumpuls har forskjellig intensitet kjem av at forskjellige område av skya blir tappa for elektrisitet i dei forskjellige straumpulsane.

mini|venstre|Lyn Eit gjennomsnittleg negativt lyn har vanlegvis 30 til 40 kiloampere (kA), men enkelte lyn kan ha opp til 120 kA og overfører ei lading på 5 coulomb og 500 megajoule (nok til å gje lys til ei lyspære på 100 watt i 2 månader). Desse lyneigenskapane kan derimot variere frå stad til stad, avhengig av samansetninga i jordoverflata og lufta i atmosfæren. Dette vil igjen påverke både utsjånaden av lynet og korleis torebraka kan høyrast ut.

Lyn oppstår ikkje like ofte om vinteren fordi det ofte ikkje er like mykje instabilitet og fukt i atmosfæren som om sommaren. Utan instabilitet og fukt er det usannsynleg at lyn vil oppstå.

Positive lyn mini|Sky-til-sky lyn Positive lyn utgjer om lag 5 % av alle lyn. Det skjer når førarlynet blir danna i den positivt ladde delen av skytoppen, og fører til at negative fangladingar går opp frå overflata. Dette skapar ei positiv utlading mot overflata. Forsking etter at desse lyna blei oppdaga på 1970-talet har vist at desse lynnedslaga typisk er seks til ti gonger kraftigare enn negative lyn, og varer om lag ti gonger så lenge. I tillegg kan dei slå ned fleire titals kilometer frå sjølve skya. Spenningsskilnaden for positive lyn er mykje større enn for negative sidan lynet må gå ein mykje lenger avstand (frå øvre del av skya) ned mot overflata. Under eit positivt lynnedslag blir det generert ELF (ekstremt låge frekvensar) og VLF (veldig låge frekvensar) radiobølgjer.

Sidan positive lyn er kraftigare er dei òg farlegare. Fly i dag blir ikkje laga for å kunne motstå slike lyn sidan desse lyna ikkje var kjende då standarden blei sett og fordi faren ikkje var kjend før eit glidefly blei råka i 1999. Ein trur òg at eit positivt lyn var årsaka til at eit Boeing 707 fly eksploderte og styrta i USA i 1963.

Ein har vist at positive lyn har utløyst lyn i øvre del av troposfæren, noko som skjer oftare om vinteren og når eit torevêr går mot slutten.

Eit vanleg positivt lyn kan innehalda straum opp til 300 kiloampere (om lag ti gonger så mykje straum som eit negativt lyn), overføre opp til 300 coulomb, ha ein potensialskilnad på opp til 1 gigavolt, og vare i fleire hundre millisekund med ein utladingsenergi på opp til 3x1011joule.

thumb|center|700px|Lynsekvens. Varer 0,32 sekund.

Lyntypar

Enkelte lyn skil seg ut frå andre, og desse har fått forskjellige namn.

Interne lyn