профессором Сорбонны аббатом Нолле.
Отмечен и такой исторический эпизод. В 1780 году некий Сиседи де Буа
Балле установил громоотвод на крыше своего дома в Сент-Омере. Соседи
потребовали снять стержень под тем предлогом, что, отводя молнию от себя,
де Буа Балле будет наводить ее на них, а перед Богом, дескать, все равны.
"Аргументы" эти были приняты местным судьей, и он потребовал снять
громоотвод. Правда, адвокат господина де Буа Балле не успокоился, перенес
дело в следующую судебную инстанцию и выиграл его. Кстати сказать, этим
адвокатом был Робеспьер, один из главных действующих лиц грядущей
французской революции.
В Англии споры по поводу громоотвода были столь жаркими, что в дело был
вынужден вмешаться сам король Георг III. Он вмешался и...запретил
применение новинки. Причем надо сказать, что в решении короля была своя
логика. Во-первых, в 1776 году американские колонии провозгласили
"Декларацию независимости", и Франклин входил в состав комитета,
подготовившего текст этого документа. Так что всякий раз, когда разгорался
спор о "франклиновских стержнях", королю словно бы наступали на любимый
мозоль. Во-вторых, в пороховые склады Пеффлита, защищенные по совету
Франклина громоотводами в 1772 году, одна из молний все же попала, что
послужило доказательством несовершенства защиты.
В общем, дело подвигалось достаточно туго. Свидетельством тому может
послужить хотя бы книга Франсуа Араго "Гром и молния", переведенная на
русский язык в начале нашего века. Надо отдать должное ученому - труд этот
написан с истинно французским изяществом, языком столь простым и ясным,
что, как справедливо отмечал переводчик М.Хотимский, сочинение Араго можно
было увидеть и в будуаре знатной дамы, и на столе государственного
чиновника, банкира, заводчика, адвоката, скромного ученого.
Причиной тому множество увлекательных историй, приведенных Ф.Араго на
страницах книги. Например, такая. Риуэ, капитан фрегата, рассказывал, что в
ночь с 21 на 22 февраля 1812 года, когда он, тогда еще старший офицер, нес
вахтенную службу на корабле "Голумин", молния ударила аккурат в капитанский
мостик. Риуэ получил несколько неглубоких ран на голове. А когда наутро
стал бриться, то обнаружил, что бритва легко вырывает волосы с корнем,
постепенно выпали волосы и на других частях тела.
На страницах солидного фолианта, повторяю, таких историй можно отыскать
множество. А ведь перед нами не сборник забавных анекдотов, а труд
"непременного секретаря французской Академии и пр.", как указано на титуле
книжки. А стало быть, книга претендует на право называться первой научной
монографией, посвященной атмосферному электричеству. И Араго пытается дать
какое-то объяснение чудесам природы.
Он, например, нисколько нс сомневается в электрической природе грозы и
приводит такое определение: "Гроза - небесный огонь или электрическая
материя, исторгающаяся из облака, производя яркий свет и сильный грохот".
Он сообщает и классификацию молний, во многом совпадающую с современной.
В частности, выделяет в отдельный класс шаровую молнию, речь о которой
пойдет позднее. Однако Араго все же не смог объяснить очень многих причин
образования грозы, и потому нам придется обратиться за дальнейшими
разъяснениями к современным ученым.
"Впервые связь грома и молнии люди стали осознавать в конце XIX века, -
пишет, например, в своей статье "Гром" американский исследователь А.Фью. -
И сразу же одна за другой, словно грибы после дождя, стали возникать
теории, объясняющие, откуда берется рокот "небесного барабана".
Конечно, про громыхание "небесных колесниц" никто уже всерьез не
вспоминает. Более, научное определение попытался дать в свое время даже
Лукреций Кар в своей поэме "О природе вещей". Он считал гром как бы
первопричиной грозы:
Прежде всего небеса лазурные гром сотрясает
В силу того, что, летая высоко в пространстве эфира,
Тучи сшибаются там под натиском ветров противных...
Конечно, такое объяснение сегодня трудно воспринять без иронии, хотя
древние мыслители все же правильно ответили на вопрос: почему сначала мы
видим молнию, а потом слышим гром? "Весла уже заносятся назад, в то время
как звук, который они произвели, наконец достигает нас", - писал по этому
поводу Аристотель. А тот же Лукреций добавил: "...Всегда до ушей достигает
медленней звук, чем то, что дает впечатление глазу".
Лишь поняв, что гроза представляет собой огромную электрическую машину
природы, а облака не могут производить грохота при механическом
столкновении, ученые стали искать другие объяснения происхождения грома.
Одни говорили, что удар молнии образует области вакуума и гром возникает
при исчезновении вакуумной полости примерно так же, как хлопает разбиваемая
электрическая лампочка. Другие полагали, что удар молнии превращает воду,
содержащуюся в атмосфере, в пар, а уже пар, расширяясь, порождает гром.
Третьи считали, что электрический разряд разлагает воду на составляющие -
водород и кислород. А эти газы, соединяясь снова, образуют гремучую смесь,
которая и взрывается со страшным грохотом.
Однако правы в конце концов оказались те исследователи, которые поясняли:
молния мгновенно нагревает воздух на своем пути; воздух же, расширяясь, и
дает хлопок, словно пороховые газы, вырывающиеся из дула орудия.
Действительно, когда удалось измерить температуру в канале молнии,
оказалось, что она достигает 25-27 тысяч градусов! И чуть ли не три
четверти энергии грозового разряда расходуется именно на нагревание воздуха
в канале молнии. Понятно, что воздух, температура которого за несколько
десятимиллионных долей секунды поднимается почти до 1500 градусов,
расширяется столь сильно, что процесс этот сравним со взрывом.
А чтобы вы полнее представили себе, какие грандиозные мощности при этом
расходуются, добавим, что всего лишь около 0,5% этой энергии преобразуется
в звук. Но даже при этом получаются раскаты, которые слышны на десятки
километров!
Кстати, характерные для грома раскаты - результат действия нескольких
причин. Во-первых, звук, порождаемый молнией на различных этапах ее пути,
проходит разные расстояния и доходит до наблюдателя в разные промежутки
времени. Во-вторых, основному звуку вторит эхо - результат отражения от
различных частей облака. Влияют на раскаты грома также и порывы ветра.
Ныне запись грома с помощью специальных микрофонов дает возможность
делать выводы о размерах канала молнии, ее мощности, о состоянии атмосферы,
об объеме облака и даже о процессах, благодаря которым облако накапливает
электричество.
И тут уж стала выясняться сущая фантастика! Естественные электрические
машины, как оказалось, способны накапливать потенциалы в миллиарды вольт, а
общая мощность средней грозы вполне сравнима со взрывом нескольких
термоядерных бомб. И все - результат всего лишь взаимодействия капелек и
льдинок, поддерживаемых в воздухе восходящими потоками?!
Да, это действительно так. Расчет показывает, что электростатический
заряд каждой частицы облака, в общем-то, ничтожен, но таких частиц миллионы
миллионов... В облаке средних размеров, содержащем порядка 100 тысяч тонн
воды, таких капель будет примерно 6*10^12.
Умножив число капель на среднюю величину заряда каждой, получим, что
общий заряд облака составляет примерно 200 кулонов. Это не так уж много:
такого заряда хватит, чтобы 100-ватная электролампочка горела всего
несколько секунд. Однако разряд молнии длится миллионные доли секунды и
успевает за это время достичь разности потенциалов в 300 миллионов вольт!
Откуда капли берут энергию? Ведь в воде, казалось бы, отсутствуют
электрические заряды... Наэлектризовать воду можно несколькими способами:
путем захвата из воздуха ионов дождевыми каплями или смоченными ледяными
кристалликами, электризацией посредством трения при столкновениях между
собой льдинок, льдинок с каплями, при дроблении водяных капель на более
мелкие (именно такие процессы, как установлено, приводят к электризации
воды в водопадах и фонтанах)... Какой именно процесс или процессы имеют
преобладающее значение, наукой пока еще точно не установлено.
Однако результат таких процессов налицо. Одновременно с формированием
кучевого облака, которое может нести в себе, согласно расчетам французских
метеорологов Роже Клосса и Леопольда Фасси, до 360 тысяч тонн воды,
происходит и накопление в нем электрического заряда. Накопление это идет до
той самой поры, пока в воздухе не сверкнет первая искра...
Причем для того, чтобы получился молниевый разряд, должны произойти
прежде некоторые, обычно незаметные глазу обывателя, события. Дело в том,
что, несмотря на относительно высокий потенциал, накапливаемый облаком, его
зачастую все же недостаточно, чтобы пробить примерно пятикилометровый слой
воздуха, разделяющий облако и землю. (Воздух, как известно, является
достаточно хорошим изолятором). Поэтому главный разряд молнии может
состояться лишь после того, как ему проложит путь предшествующий разряд
небольшого напряжения. Такой разряд ученые называют ступенчатым лидером.
Почему "лидер", понятно - идущий впереди заслуживает такого названия. Но
почему "ступенчатый"?.. Лидер начинает формироваться, когда электрическое
поле в облаке становится настолько плотным, что срывает некоторые электроны
молекул воздуха с их законных орбит. Эти электроны ускоряются
электромагнитным полем, сталкиваются с новыми молекулами воздуха, выбивают
из них новые электроны... Начинается цепная реакция. Электронная лавина
устремляется вниз, к земле, оставляя за собой проводящий путь из частично
ионизированного газа, воздуха.
Лавина эта не увеличивается до бесконечности только потому, что ее
источнику - электрическому полю облака - начинает противодействовать все
большее число положительных ионов, освобождающихся в результате выбивания
электронов. В конечном итоге на каком-то расстоянии от облака наступает
равновесие - электронная лавина приостанавливается, пройдя путь 50-100
метров со скоростью примерно 130 км/с. Здесь образуется своеобразная
"ступенька", электронная лавина как бы отдыхает. Отдых этот продолжается
примерно 50 мкс, и за это время, вероятно, происходит "подтекание" новых
электронов из облака. Говоря иными словами, к лидирующей группе прибывает
подкрепление.
Восстановив свой заряд, лидер образует новую лавину, направление которой,
как правило, не совпадает с направлением предыдущего разряда. Более того, в
ряде случаев лавина может разделиться на 2-3 части, каждая из которых затем
пойдет к земле своим путем.
Так скачок за скачком, словно заяц и преследующая его гончая, ступенчатый
лидер и его второй эшелон достигают земли. Как только ступенчатый лидер
"заземлился", происходит разряд электрического тока, называемый иногда
возвратным стримером. В миллионные доли секунды волна электрического тока
пробегает от положительно заряженной земли к отрицательному облаку. Идет
первый возвратный удар. Иногда на этом все и заканчивается, но гораздо чаще
ударные процессы повторяются 3-4 раза с интервалом 10-100 мкс, то есть
практически неразличимо для глаза. Лишь специальные методы скоростной
киносъемки позволили различить отдельные циклы и даже установить
своеобразный рекорд; однажды было зафиксировано 26 возвратных циклов одного
молниевого разряда.
Обычно все эти разряды кончаются довольно мирно. Падая в землю, они даже
приносят известную пользу сельскому хозяйству, превращая азот воздуха в его
окислы. Их затем легко усваивают растения, давая прирост урожая. Советские
ученые в 30-е годы даже выдвигали предложение о том, чтобы поставить в
полях специальные грозопривлекатели - шары, которые бы собирали на себя
молниевые удары. Причем подыскивая соответствующее обоснование своему
проекту, эксперты ссылались не только на наблюдения и расчеты, но и на опыт
древнеримских крестьян, которые ставили на полях высокие колья.
Определенную пользу ударов молнии для растительности отмечал в своей
книге и уже известный нам Ф.Араго. "Так между Туром и Рошфором, - писал он,
