Заклятие Фавна

Видели ли вы, как весной из большой лужи талой воды рождается ручеек? Извиваясь среди бугорков нерастаявшего снега и нагромождений льдин, он прокладывает себе дорогу по извилистому пути наименьшего сопротивления. Примерно так же начинается и «пробой» — движение лавины электронов в воздухе, когда напряженность электрического поля переваливает за критическую величину. Только процесс этот, разумеется, идет значительно быстрее. Электроны разгоняются полем, приобретают большие скорости. Сталкиваясь с атомами воздуха, они разбивают их, ионизируют. Воздух в узком канале из обычного состояния изолятора превращается в плазму — в отличный проводник. Всего сотую долю секунды нужно, чтобы первый импульс — лидер молнии скачками добрался бы от облака до поверхности земли. И вот тут-то и начинается бурное соединение отрицательных зарядов, скопившихся в канале, который проложил лидер, с положительными зарядами, наведенными на земле, на кроне дерева или на высоких строениях. Теперь уже от земли вверх по проложенному пути бьет гигантское пламя основного разряда, достигая в своем движении скоростей в десятки тысяч километров в секунду.

За первым импульсом в принципе может следовать второй, третий… Бывает, что их насчитывается по нескольку десятков. Но чаще — два, три, не больше. При этом продолжительность каждого импульса — сотые доли секунды, глазу не заметить. Столь же кратковременны и промежутки между ними. Поэтому молния, несмотря на свою прерывистость, представляется наблюдателю единым длинным разрядом.

А почему молнии сопровождаются громом? Процесс этот довольно любопытен. Двигаясь в канале молнии, лавины заряженных частиц в считанные доли секунды сильно разогревают воздух, превращая его в плазму, и он рывком расширяется. Это расширение подобно удару, который порождает звуковые волны. Их-то мы и слышим. Естественно, чем больше электричества пройдет через разрядный канал, чем резче будет этот удар, тем громче звучит голос молнии.

Бывают ли «тихие молнии»? Оказывается, бывают, хотя мне и не довелось встречать. Но о том писал уже Лукреций в шестой книге своей замечательной поэмы «О природе вещей», о бесшумных молниях рассказывал французский физик XVIII-XIX веков Доминик Франсуа Араго, много занимавшийся исследованием электрических явлений.

Сегодня существует предположение, что без грома развиваются те молнии, которые начинаются и спадают постепенно. Представьте себе раскаленную плазму в канале разряда молнии, которая давит на стенки канала, но они не раздуваются бесконечно, поскольку отдельные линии тока в канале вследствие одинаковости их направления сильно притягиваются друг к другу. Наступившее равновесие тех и других сил поддерживает канал. И если ток в нем нарастает и спадает постепенно, это равновесие практически не нарушается. Другое дело, когда ток обрывается вдруг, рывком. Канал под действием внешнего давления «схлолывается», и тут уж жди грома.

Наблюдательный читатель сразу же задаст следующий вопрос: «Почему от маленькой искры мы слышим одиночный треск, а от длинной молнии он доносится раскатами?»

Попробуйте сами ответить на него. Нетерпеливым я подскажу, тем более что ответ заключен в самом вопросе. Какова длина средней молнии? Несколько километров. А скорость звука? 330 метров в секунду при обычных условиях. Вот и доносится до нас гром от разных участков молнии неодновременно. Отсюда — раскаты. Продолжительность грома зависит от многих причин — от извилистости пути молнии, отражения от облаков или стены падающего дождя, от земли и строений на ней… Звук ведь довольно хорошо отражается. Используя это его свойство, в Японии вдоль шоссе с интенсивным движением в районах населенных пунктов, где дома близко подходят к обочине, ставят звукоотражающие стены. И не так-то уж они высоки — метра три. При этом, понятно, на самом шоссе децибеллы растут, а жителям спокойнее. Нам рассказывал наш гид, что сейчас муниципалитеты, по чьим землям должны проходить автострады, не дают разрешения на прокладку дороги, если строительная фирма не обязуется закрыть их в согласованных пределах противошумовыми заслонами.

Сегодня ученые научились получать сверхвысокие напряжения, но в механике образования молнии еще много белых пятен. Судите сами: чтобы получить в лаборатории искусственную молнию, нам приходилось поднимать напряженность поля чуть ли не до 3 миллионов вольт на метр. В облаках же при измерениях того же параметра с самолетов получать больше 200 — 300 тысяч вольт на метр никогда не удавалось. А молнии там все-таки возникают — и какие!

Определенно прав тот англичанин, который сказал как-то, что, когда ученые начинают слишком много о себе воображать, природа подкрадывается к ним сзади и дает хо-орошенького пинка!