Большая книга тайн. Таинственные явления в природе и истории
Шрифт:
Продолжительность разряда составляет одну десятую секунды, средняя сила тока измеряется десятками тысяч ампер. По всей длине, составляющей несколько километров, одна молния переносит за доли секунды несколько десятков кулонов электричества (в среднем около 30 кулонов), есть данные о том, что общий заряд, переносимый молнией, достигает 100 кулонов.
Собственно в понятие «молния» входят несколько, а иногда и много последовательных импульсов (разрядов), которые следуют по одному и тому же пути, получившему название «канал» молнии. Разряды происходят в области наименьшего электрического сопротивления в атмосфере, то есть там, где плотность заряженных частиц максимальна. Воздух в плазменном канале молнии при температуре, равной 25 000—30 000 °C, раскаляется до ослепительного розово-фиолетового свечения. Промежутки времени между отдельными
Он как бы прокладывает канал молнии, увеличивая в нем плотность ионов и повышая, таким образом, его проводимость. Весь процесс напоминает сход лавины, только электронной. Так как канал формируется не плавно, а скачками — «ступенями» — путь лидера имеет ступенчатый рисунок.
Головка лидера выскакивает из нижней части облака и движется к земле с огромной скоростью, приблизительно 107 м / с. Пройдя отрезок пути, равный 50 м, она внезапно замирает. Остановка длится около 50 мкс. Лидер как бы выбирает направление пути, «размышляет», в каком направлении ему двигаться дальше. Затем дальше, следующий бросок, еще на 50 м. Так, отдельными отрезками (ступенями) головка лидера постепенно (для наблюдателя это — молниеносно) приближается к земной поверхности. Позади нее остается траектория движения — канал разряда в виде ломаной линии сложной конфигурации. Светится лидер слабо, он почти не заметен. Почему движение лидера сопровождается относительно регулярными паузами, пока не понятно. Для прохождения расстояния в 1 км ему требуется всего лишь от 10 до 20 мс. Все, как только лидер дошел до поверхности Земли, его миссия завершена, теперь тучу с землей соединяет плазменный канал направления «туча — земля», прекрасно проводящий ток. Лидер проторяет путь не только для себя, но и для целой серии предстоящих разрядов молний.
Сразу же после того, как канал проложен, по нему проходит сильный главный разряд. Направление главного разряда — от поверхности земли к облаку — обратное направлению движения лидера. Сила тока достигает значений порядка 105 А, при этом выделяется значительное количество энергии (до 109 Дж). Диаметр видимого канала молнии достигает приблизительно одного метра, основной же ток протекает по еще более узкому «внутреннему» каналу, диаметром около одного сантиметра. Разряд линейной молнии включает до десятка последовательных импульсов. Промежуток времени между двумя соседними импульсами составляет 1 / 100 с, а длительность каждого из них не превышает 1 / 1000 с. Во время прохождения импульса канал молнии нагревается до 2104 °К (по Кельвину), а в течение промежутка между импульсами температура снижается до 103 °К. Вот так рождается тот необычайно яркий свет, который мы наблюдаем при разряде молнии. Каждый метр молнии светит как миллион 100-ваттных ламп.
Новый лидер дорогу не выбирает, он «мчится» по уже проторенному пути, а поэтому и форму имеет не ступенчатую, а стреловидную.
Повторные разряды, как правило, слабее первоначального. Суммарная численность разрядов молнии, перемещающихся по одному каналу, может доходить до пятидесяти.
Таким образом, нижнюю часть грозового облака и земную поверхность можно сравнить с пластинами своеобразного конденсатора, созданного природой. При этом верхняя пластина имеет отрицательный заряд, а нижняя заряжена положительно. Конденсатор разряжается, во-первых, за счет молний, образующихся между тучей и землей, а, во-вторых, за счет выпадающих осадков. При этом осуществляется перенос положительно заряженных частиц с земной поверхности в кучево-дождевое облако. Этот процесс очень образно был описан в древнеиндийском поэтическом сборнике «700 стихотворений», относящемся к III–VII вв.:
Слышите, как надрываются
Там грозовые могучие тучи,
Землю веревками ливней
Пытаясь поднять в поднебесье.
В областях грозовой активности заряжается некий «конденсатор», в районах образования пылевых бурь, при извержениях вулканов, а разряжается в областях с хорошей погодой.
Средняя молния обладает энергией, равной 14 тыс кВт / час, примерно столько энергии расходуют жители среднестатистической квартиры за год. Зарегистрирована и молния-рекордсмен, 70 тыс. кВт / час.
Быстрое и сильное нагревание и, как следствие, мгновенное расширение воздуха в канале молнии образовывает взрывную волну, которая создает звуковой эффект — гром. Так как путь молнии — это несколько километров, звук от разных точек ее траектории доходит до наблюдателя неодновременно. По пути он еще и отражается от облаков и от земли, а следовательно, гром приобретает характер раскатов. Длительность громовых раскатов зависит, таким образом, от длины молнии и от количества отражательных поверхностей. Длина молний может быть различной, чаще всего это 5–7 км, если они образуются между облаком и землей. Если же линейный разряд возникает между облаками и располагается горизонтально, то его длина может составлять 140 км.
Зафиксирована молния, длина которой по прямой составила 150 км.
Громовые раскаты могут помочь в определении расстояния до грозового фронта и направления его перемещения, узнать приближается он или, напротив, удаляется. Для проведения подобных измерений необходим секундомер. Наблюдателю следует засечь время в секундах с момента появления молнии до услышанного звука грома. Затем, умножив скорость звука, которая составляет 300 тыс. км / с, на полученную величину, получить расстояние до грозы. Если через небольшой промежуток времени измерение повторить, а затем сравнить результаты, то полученные данные позволят определить направление перемещения грозы.
Часто можно наблюдать и такое явление: облака, освещаемые невидимыми молниями. Эти всполохи получили название зарниц. Они представляют собой грозу, удаленную от наблюдателя на такое расстояние, что раскаты грома уже не слышны.
Кроме линейных, встречаются молнии ленточные. Внешне при этом возникает такая картина, как если бы возникло несколько почти одинаковых линейных молний, сдвинутых относительно друг друга. Если линейная молния напоминает большую извилистую реку с многочисленными притоками или дерево с раскидистой кроной, то плоская напоминает вспышку электрического света в облаках. Еще реже встречаются такие разновидности линейной молнии, как ракетообразная, четочная или шаровая. Ракетообразная напоминает пущенную вверх ракету, а четочная, на фоне облаков видимая как пунктирная линия, похожа на светящуюся нитку четок.
Шаровая — самая загадочная из всего этого семейства, ученые до сих пор не могут объяснить ее природу, а следовательно, воспроизвести искусственным путем.
Шаровая молния появляется всегда неожиданно на улице или внутри помещения, иногда прямо на глазах рождается буквально «из ничего». Бывает, она каким-то непостижимым образом выходит из самых обычных бытовых предметов: радиоприемников, антенн, телефонных аппаратов и так далее. Но самое удивительное, что это странное, как нам кажется, неживое творение природы, способно «чувствовать» открытые двери и окна, если они закрыты, оно находит другие лазейки и проникает в помещения через самые маленькие отверстия и щели.
Шаровые молнии наблюдали даже внутри самолетов, находившихся в полете.
В 90 случаях из 100 шаровые молнии образуются во время сильных гроз, сразу после ударов линейных молний, часто этот тип молнии появляется при извержениях вулканов и во время торнадо.
Завершает свое существование это чудо природы по-разному: иногда просто постепенно гаснет, иногда рассыпается на части. Самый опасный вариант ее смерти — взрыв; он бывает очень сильным и способен привести к гибели людей.
Есть точка зрения, что шаровая возникает в раскаленном воздухе канала обычной линейной молнии. В ее состав входят неустойчивые соединения азота и кислорода, для образования которых требуется большое количество тепла. При остывании светящегося шара до определенной критической величины нагрева субстанция молнии моментально разделяется на составные части (азот и кислород). Поскольку этот процесс происходит очень быстро, то и выделение всей поглощенной при создании молнии энергии совершается тоже мгновенно. А это есть не что иное, как взрыв. Существует так-же точка зрения на природу шаровой молнии, высказанная однажды академиком П. Л. Капицей. Он считает, что источником образования этого вида молнии могут быть радиоволны, возникающие в ультракоротковолновом диапазоне и имеющие длину от 30 до 70 см. Достижение радиоволнами наибольшей интенсивности и приводит к образованию этого сгустка энергии. Возможно также, что шаровая молния представляет собой сгусток плазмы или здесь принимает участие какой-то новый, еще неизвестный науке вид энергии. Есть и еще более фантастичное предположение о том, что это небольшое количество антивещества.