Анатолий Томилин - Заклятие Фавна

• Название: Заклятие Фавна
• Автор: Анатолий Томилин
• Издательство: Лениздат
• Жанр: Физика
• Год: 1986

Книга рассказывает о покорении электрической энерии. Перед читателями пройдет галерея ученых, открывших великие тайны природы и боровшихся с реакционными взглядами церкви.

Рассчитана на массового читателя

---

Как чинили сей опыт в марлийском саду железным прутом, вышиною в 40 футов поставленным, и на электризованном теле утвержденном, во время грому, который шел через то место, где был прут, то бывшия при том персоны вытянули такия искры и движении, которыя подобны тем, кои производятся обыкновенною электрическою силою.

В Париже 18 мая из утвержденного 99 футов вышиною и в виноградном саду поставленного прута вытягивали многая искры через полчаса и более в то самое время, как густая туча над тем местом. Сии искры совершенно походили на исходящий из фузеи огонь и причиняли такой же стук и такую же опасность. Другими опытами тоже подтверждено явилось, что с помощью востроконечных прутов у громовых туч огонь отнять можно".

И это в то время, когда споры о природе молнии и громоотводе не утихали еще даже на родине Франклина. Ученый первым установил на своем доме изолированный железный шест, соединил его проводником с землею и даже включил в цепь звонок, чтобы молния сама предупреждала хозяина дома о своем появлении.

Год спустя в одном из своих писем он изложил подробно теорию громоотвода, предлагая заострять верхний конец металлического шеста, поскольку заметил, что с острия электричество стекает постепенно, без внезапных разрядов. В Америке громоотводы распространились довольно быстро. В самой Филадельфии скоро уже все крупные здания были снабжены защитными устройствами. Лишь французское посольство, в силу предубеждения перед новшествами, отказалось от установки громоотвода. И вот — ирония судьбы. В 1782 году именно в это здание ударила молния, и оно сгорело.

Во Франции опытами с атмосферным электричеством занимались многие исследователи. Однако, когда один из жителей Омера установил на крыше своего дома громоотвод, его соседи усмотрели в этом прямой вызов небу и заставили муниципалитет вынести постановление о снятии богопротивного прибора. Владелец дома затеял тяжбу с городскими властями. Он поручил ведение дела молодому юристу из Арраса, небезызвестному Максимильену Робеспьеру, в будущем — деятелю Великой французской революции. И тот выиграл процесс, обретя при этом значительную популярность среди горожан.

Во всем мире шли ожесточенные споры по поводу громоотводов. В Англии на конец металлического шеста предлагали надевать шар, чтобы сделать притянутую молнию безвредной. В Германии кое-кто полагал, что громоотвод вызывает засуху, а в Америке с церковных амвонов раздавались уверения в том, что землетрясения, сотрясающие земли Нового Света, имеют своими причинами неблагочестие прихожан, выражавшееся также в установке громоотводов на крышах своих домов.

Молния. XX век

Здесь, пожалуй, стоило бы еще раз вернуться к механизму образования и развития молнии с современных позиций. При этом один из главных вопросов: откуда и как образуется электрический заряд в облаке?

Наблюдения показывают, что облака состоят из мириад крошечных капелек воды. Частицы воды в облаке непрерывно движутся, сталкиваются. Одни сливаются в капли, другие, наоборот, разбрызгиваются сильными порывами ветра. Поднимаясь наверх, они замерзают и превращаются в кристаллики льда, которые еще разламываются, сталкиваясь друг с другом.

В исследовательских лабораториях не раз ставили опыты, показывавшие, что при отрыве от капли воды мелких частичек или при ее замерзании капля приобретает электрический заряд. Не исключено, что именно такой процесс ведет к накапливанию электричества в облаке. В верхней его части — положительного, в нижней — отрицательного. Однако существуют и другие предположения ученых о механизме электризации.

Так или иначе, но наша «облачная машина» накопила заряды. И разность потенциалов между облаком и землей или между отдельными частями облака достигла критической величины…

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!

Молнии бывают и без всякой грозы. Вулканологи, изучавшие извержения, много раз отмечали страшные электрические разряды в облаках вулканического пепла. А несколько лет тому назад мир был взволнован сообщениями о катастрофических взрывах на японских супертанкерах. Самое необычное заключалось в том, что суда взрывались уже пустыми, во время промывки колоссальных танков сильной струей воды.