О молнии, которая грохочет...

Природа и человек
№34 (1009)
Макушка лета. Август. Жара. Грозы... Безумные небесные страсти, - мрачные тучи, огненные стрелы  молний, грохот грома, потоки небесной воды, пляски градин, сильнейшие порывы ветра - вызывают всплеск эмоций, а иногда и потрясение. Чувство страха перед стихией необъяснимо, оно сидит в нас глубоко, на иррациональном, генетическом уровне. Само слово «гроза» как-будто несет угрозу, тем более в сочетании со словами “жуткая”,”страшная”, “ужасающая”...
 
Напомним, что самый главный бог древних греков – Зевс – был также богом молнии и грома. Его так и называли - громовержцем, тучегонителем. У римлян таким  богом был Юпитер. Точно так же главную роль отводили своим богам-громовержцам индусы (бог Индра), скандинавы (бог Тор), славяне (бог Перун). В представлении древних эстов молния и гром связывались не с одним, а с двумя богами. Богом молнии был Пикне, а  богом грома - Эйке. Действовали они, конечно, всегда вместе, причем считались справедливыми и добрыми богами, карающими духов зла.
 
И все же, несмотря на страх, человеческий ум с давних времен пытался постичь природу молнии и грома, понять их естественные причины. Лишь в 1752 г. Бенджамин Франклин экспериментально доказал, что молния – это сильный электрический разряд. 
 
Ученый выполнил знаменитый опыт с воздушным змеем, который был запущен в воздух при приближении грозы. На крестовине змея была укреплена проволока. Франклин полагал, что как только грозовая туча окажется над змеем, проволока станет извлекать из нее электрический огонь, и змей вместе с бечевой наэлектризуется. 
Тогда же Франклин создал громоотвод, который правильнее было бы называть «молниеотвод». Это был длинный металлический стержень, который предохранял постройки от поражения молнией. Человечество увековечило его изобретение миллионами торчащих  из домов металлических прутьев. И, конечно, всеобщей любовью к его портрету на 100-долларовой купюре.
 
  К середине ХУШ века  стало ясно, что молния представляет собой мощный электрический разряд «пластин» естественного конденсатора: слоев облаков и поверхности земли. Запасы  электричества  есть в любом виде облаков, но в грозовой туче их намного больше. Этот природный конденсатор разряжается не только за счет молний, проскакивающих между тучей и землей, но и через  струи дождя. 
 
Многократно наблюдая вспышки молнии, мы очень плохо представляем себе особенности и размеры этой гигантской атмосферной электрической искры. Прогресс фототехники позволил зафиксировать вспышки множества разнообразных молний и получить реальные их «портреты».
 
Самая заметная характеристика молнии - это ее длина. Обычно между тучей и землей проскакивает искра длиной в несколько километров. 
 
Установлено, что видимая «толщина» молнии (ее называют каналом) очень скромна: в пределах 1 метра. При этом основной ток протекает по еще более узкому «внутреннему» каналу диаметром всего 1 см.
 
А вот еще несколько деталей к «портрету» молний.
 
Разность потенциалов между тучей и землей (напряжение) достигает  миллиарда(!) вольт. Разряд молнии длится около 0,1 сек. Средняя сила тока составляет около тысячи ампер, а общий заряд, переносимый молнией, достигает 100 кулонов. Выделяющаяся  молнией энергия достигает нескольких миллиардов джоулей.
 
Нам представляется, что небесная искра по форме напоминает ту, что рисуют на электрощитах или столбах под надписью «Осторожно, убьет!». На самом деле разряд линейной молнии состоит из нескольких  последовательных импульсов. Длительность каждого – всего тысячная доля секунды! Промежутки между ними чуть больше – сотые доли секунды. Это за пределами возможностей наших глаз, поэтому мы реально видим сплошные «стрелы молний».
 
«Стрелы» эти, буквально, раскаленные - более десяти тысяч градусов. Так что молния – это не стрела, а непрерывно  пульсирующий поток электрической энергии. Проще говоря, каждый импульс – это пробой воздушного промежутка между тучей и землей.
 
В действительности образование молнии гораздо более сложный и парадоксальный процесс, чем может показаться, он выходит далеко за пределы школьных знаний. Настолько далеко, что до сих пор многие процессы остаются загадкой для ученых. 
 
А теперь – внимание! – тест для наблюдательных читателей! 
 
Откуда «бьет» молния: сверху вниз, или снизу вверх? 
Многие, наверное, задумаются, начнут вспоминать грозовые эпизоды. Подскажем: разогрев и свечение плазменного канала может развиваться по мере его «приземления» - от земли к туче, т.е. снизу вверх.  Последовательно сделанные снимки молнии подтверждают этот факт. Следовательно, молнии направляются не только из тучи к земле, как это обычно принято считать, но могут и наоборот, от земли в тучу. Зевсы, Юпитеры, Перуны и прочие боги-громовержцы метали свои «молнии», что называется, «от себя» - их молнии били сверху, из туч. Так это и изображалось на  средневековых  картинах, писавшихся явно не с натуры. Опасность и затрудненность непосредственных наблюдений за молниями рождает множество мифов и ошибочных представлений, многие из которых – ровесники современной цивилизации. Вот лишь некоторые из них.
 
Миф о том, что молния никогда не ударяет в одно место дважды. 
Наоборот, практика показала, что молнии предпочитают  определенные места, особенно возвышающиеся над местностью. Так, по различным источникам, в Эмпайр Стейт Билдинг ежегодно ударяет от 20 до 100 молний, а однажды зафиксировано 8 ударов в течении 24 минут. Другие небоскребы бывают биты молниями в среднем по 25 раз в год. (Спасибо  Франклину - их обитателям ничего не угрожает!). 
«Стрелы молний» не упускают случая  лишний раз вонзиться в железорудные аномалии и даже в автомобильные кладбища.
 
Миф о том, что гром всегда следует за молнией. 
Очевидно, что резкое расширение воздуха (гром) происходит одновременно с резким повышением температуры  в месте разряда молнии. Но вспышку молнии мы видим в тот же момент, когда происходит разряд, а звук из-за малой скорости прохождения  существенно запаздывает. Расчет простой: 3-х секундная пауза соответствует  удалению в 1 км. Измеряя длительность таких пауз можно приближенно оценить, как далеко в данный момент от нас гроза.
 
Если время от вспышки молнии до грома постепенно сокращается, значит, гроза приближается к вам. Чем дальше от нас молния, тем длиннее пауза между вспышкой света и громом, да и сам гром слабее. Гром от очень далеких молний вообще не доходит – звуковая энергия рассеивается и поглощается по пути. Полыхающие вдали беззвучные молнии называются зарницами. (Возможно, некоторым нью-йоркцам удалось наблюдать ярчайшие зарницы в ночь на 4 августа).
 
Часто возникает вопрос:  почему мы слышим гром в течение нескольких секунд, тогда как разряд молнии длится практически мгновение? Причин тому две. 
 
Во-первых, молния имеет большую – многокилометровую -  длину; звук от разных ее участков доходит до нас в разные моменты времени. 
 
Во-вторых, происходит отражение звука от облаков и туч – возникает эхо. Это причина того, что вслед за короткой вспышкой молнии слышатся более или менее долгие раскаты грома («как будто грома грохотанье...»). 
Более того, отражение звука от облаков часто умножает силу громовых раскатов. Поскольку явная причинно-следственная связь молнии и грома не всегда заметна, люди оказываются во власти вымыслов, предрассудков, страха, «гром ударов их пугает»...
 
Правда, для этого есть основания, - реальные жертвы. Естественно, не грома (временная глухота – не в счет), а молний. 
Существует статистика несчастных случаев и количества жертв от небесного электричества. По некоторым данным, ежегодно от молний в США погибаютоколо 200 человек. А всего в мире число жертв достигает 3 тысяч (примерно 8 человек ежедневно). Связь очевидна – чем больше гроз в какой-либо местности, тем больше жертв. 
 
В заключение – краткие сведения о географии гроз. Явление это весьма характерно для нашей планеты, над ней беспрерывно бушуют грозы – ежедневно  до 44 тысяч. Каждую секунду в землю вонзается свыше 100 молний. Ученые  выяснили  места, «привлекательные» для гроз и даже создали карту. Судя по ней, грозы недолюбливают океанские просторы и предпочитают жаркие и влажные страны, расположенные близ экватора.
 
Настоящей «столицей гроз» можно назвать город Багор на острове Ява  (Индонезия). Здесь молнии сверкают в среднем 322 дня в году! Европейским «гнездом» молний можно назвать местечко Оравикоски в Финляндиию. Там в 1987 г. был установлен своеобразный мировой рекорд: 2276 раз разряжались молнии в землю его окрестностей. Однако стихия была милостлива – обошлось без жертв...
 
Редчайшим, поистине экзотическим событием являются грозы в Египте. Здесь они случаются всего один раз в 200 лет!  Достаточно редко посещают грозы американскую  Калифорнию - всего раз в два года. Видимо, сухой климат ограничивает их возможности.
 
 В любом случае, где бы вы ни оказались, совет: держитесь подальше от молниеопасных  мест. Что надо о них знать - отдельная тема. Существует целый свод правил  поведения и защиты. Поскольку период  активных гроз продолжается, надеемся, что мы еще к ним вернемся...
 
Марк Cофер