Посланцы грозовых небес

Миллионы гроз, ежегодно гремящих над планетой, настоятельно требовали объяснения и поисков надежных способов защиты людей от поражения атмосферным электричеством. Изучение этого грозного явления природы продолжается и сегодня.

Ловцы молний

Друзья зовут Уоррена Файдлея «молниевым сталкером». И, в общем-то, понятно за что: 35-летний житель городка Тусон, что в штате Аризона, нашел себе редкое занятие — он фотографирует молнии.

С начала мая и по начало сентября Уоррен на боевом дежурстве: как только над городком начинают собираться тучи, он берет аппаратуру и отправляется в одно из своих излюбленных местечек в окрестностях Тусона. Более того, если метеорологи по радио пообещают хорошую грозу в соседнем штате, Файдлей не поленится поехать и туда.

Полученные снимки, видео- и кинопленки Уоррен Файдлей продает всем заинтересованным лицам и организациям, будь то научные учреждения, представители теле- и кинокомпаний или рекламных фирм.

И хотя сам по себе Файдлей не очень интересуется природой грозы, так сказать, физикой процесса, его снимки весьма полезны ученым. Но фотоаппарат и киносъемочная аппаратура — не единственные приборы, помогающие исследовать грозовые явления в атмосфере.

В середине июня 1992 года сильная гроза надвинулась на Вашингтон. Многие дома остались без электричества. Однако аварию ликвидировали гораздо быстрее обычного благодаря системе обнаружения молний, незадолго до того смонтированной в штаб-квартире Северного отделения коммунальной компании «Вирджиния бауэр». Система позволила заранее определить направление грозы и вызвать по тревоге сотрудников аварийных бригад в нужные районы. Ремонтные работы начались еще до того, как над столицей страны окончательно рассеялись грозовые тучи.

Системы обнаружения молний, разработанные в последние годы, помогают во многих областях хозяйства. Федеральное управление гражданской авиации США благодаря им вовремя меняет маршруты, направляя самолеты в сторону от эпицентра грозы. Земледельцы и лесники ведут с их помощью наблюдения за лесными пожарами. Метеорологи предсказывают пути движения сильных бурь, поскольку интенсивность разрядов обычно соответствует силе ветров, бушующих в данной точке. Гольф-клубы и яхт-клубы пользуются ими, чтобы своевременно предупреждать о надвигающейся опасности своих подопечных.

На экране монитора регистрируется мощность каждой молнии, составляющая от 20 до 200 тысяч ампер. Подсчитано, что потенциальная мощь сильной грозы соответствует 100 тысячам тонн тринитротолуола, то есть, говоря иначе, впятеро мощнее атомной бомбы, уничтожившей Хиросиму. А степень разогрева канала молнии в 5 раз превышает температуру на поверхности Солнца, достигая 30 миллионов градусов!

Национальная сеть обнаружения молний, состоящая из 115 станций, рассредоточенных по территории США, регистрирует до 26 500 разрядов в час. Компактные электронные датчики регистрируют молнии, улавливая всплески электромагнитных полей, образующиеся при разряде. Разрешающая способность датчиков достаточно высока — они позволяют устанавливать координаты разряда с точностью до 2 — 3 километров. Данные по местоположению и интенсивности каждой молнии переправляются через спутник связи в главную ЭВМ национальной системы метеорологической связи, которая находится в университете штата Нью-Йорк в Уолтоне.

Детекторы все время в действии. Ведь каждый миг над нашей планетой громыхает две тысячи гроз, и каждую секунду из туч ударяет сотня молний. Итого — около восьми миллионов в сутки.

Небесные взрывы

Жарким летом минувшего года природа и на территории Европы напомнила людям, что она способна на многое. Например, в конце июля настоящий смерч обрушился на Францию, прокатился по всей Германии. В результате наводнений, осыпей, пожаров и других несчастий, которые спровоцировала гроза, в Германии, Франции и Швейцарии погибло 15 человек. А метеорологическая служба в Карлсруэ зарегистрировала своеобразный рекорд: за сутки было отмечено 66 583 молнии!

Это стихийное бедствие и заставило профессора Ганса Штейнбергера из Технического университета в Мюнхене заинтересоваться — в очередной раз на протяжении веков — механизмом возникновения небесных взрывов.

Молния — электрический разряд между облаками и землей, вызванный чудовищной разницей в напряжении (она может составлять до 500 миллионов вольт, определил профессор). Однако, строго говоря, разряд еще не является молнией в нашем понимании — это всего лишь едва различимый человеческим глазом луч, направленный от отрицательно заряженного грозового облака к положительно заряженной земле. Он движется сравнительно медленно, так как воздух является хорошим изолятором, частенько останавливается на неуловимый миг, выбирая путь, на котором встретит наименьшее сопротивление. (Из-за этого, кстати, молния имеет ярко выраженную зигзагообразную форму.)

Когда между лучом-первопроходцем и землей остается несколько сот метров, на крышах высотных зданий, шпилях башен, мачтах и верхушках деревьев образуются положительно заряженные электрические поля, своеобразные «ловушки» для молнии. При этом раздается характерный треск, который мы и слышим во время грозы. Когда же молния попадает в расставленный для нее капкан, происходит взрыв — та вспышка, которую мы всегда и молнии отмечаем.

Все, вместе взятое, по словам профессора Штейнбергера, является «мощным коротким замыканием между атмосферой и землей». Длится оно ничтожные доли секунды, однако благодаря необычайно яркой вспышке кажется нам гораздо более продолжительным.

В результате вспышки образуется новый разряд, который направляется вверх, точно следуя прочерченной лучом линии. Физические данные разряда впечатляют: сила тока — около ста тысяч ампер, напряжение — несколько миллионов вольт. В длину разряд молнии может достигать пяти-семи километров; а если молния распространяется горизонтально — от облака к облаку, — то ее длина может вообще достигать 140 километров. Диаметр же молниевого канала обычно не превышает нескольких сантиметров. Разряд движется со скоростью 30 тысяч км/с, а его температура равна 30 тысячам градусов. Таким образом, каждый метр молнии светит как миллион стоваттных лампочек. При соприкосновении с нагретым каналом окружающий воздух мгновенно нагревается и тотчас начинает расширяться. Происходит эффект, подобный взрыву, и мы слышим первый раскат грома, эхом отдающийся от облаков и складок рельефа местности.

Итак, смертоносные стрелы Юпитера — как называли молнии когда-то — вовсе не низвергаются с неба, а, напротив, поднимаются в него. Поэтому «удар молнии» вовсе не является таковым в полном смысле этого слова. «Под ударом в данном случае следует понимать лишь соприкосновение какого-либо физического тела с крайней точкой потока электронов», — отмечает профессор Штейнбергер.

Молния не только поражает током, но и совершает разрушения с помощью своего мощного электрического поля, а также давления и тепловых волн. Если молния на своем пути встречает объекты, содержащие много влаги, например, деревья или сырую каменную кладку, влага мгновенно начинает испаряться, и объект взрывается, подобно оставленному без присмотра паровому котлу — на земле остаются лишь кучи камней или щепок. Так что люди, ищущие защиты под высокими деревьями, не только рискуют стать мишенью для молнии — высокие предметы, как мы уже говорили, привлекают луч-первопроходец, обеспечивая ему более легкий путь к земле,— но и могут еще оказаться погребенными в результате взрыва.

Вообще же предсказать поведение молнии в какой-либо конкретной ситуации ученые пока не берутся. Иногда она безвредно скользит по одежде или лишь обжигает кожу, как это случилось с гамбургским студентом-физиком Михаилом Пейерлом. В 1989 году молния ударила в торчащую из его рюкзака лыжную палку и, пройдя через куртку, жилет, рубашку и майку, оставила на спине трехсантиметровый ожог. В худшем же случае молния может убить человека, вызвав остановку сердца. Именно так произошло 29 июля 1992 года с Эвелиной — супругой адвоката и охотника-любителя Вольфганга X. из баварского города Пейсенберга. В то время как муж почувствовал лишь легкое покалывание в руке («как будто она затекла»), женщина — они сидели спиной к спине — была убита наповал. Разряд расколол лестницу охотничьей вышки, на которой находились оба супруга.