Журнал Наука и Техника (НиТ) - «Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2007 № 11 (18)

Естественно возникает вопрос: а не сопровождается ли это какими-либо аэродинамическими явлениями? Ведь когда сверхзвуковой самолет разгоняется выше скорости звука, возникает ударная волна, грохочет гром, а вокруг носа самолета образуется конус обтекания. Пусть в случае с молнией ударная волна прижата к телу разряда и ее не видно, но что происходит на его кончике, пробивающем атмосферу со скоростью, многократно превышающей скорость звука?

Оказывается, специалисты об этом не задумываются. За время, прошедшее с опытов Франклина, молниезащита стала мощной отраслью техники, однако ученые, которые разрабатывают соответствующие устройства, озабочены способами защиты, а не деталями аэродинамики процесса. Те, кто занимается аэродинамикой (в России это ЦАГИ, МАИ, ИВТАН и МГТУ им. Н.Э. Баумана), не предполагают существования столь быстрого движения в атмосфере. Ведь максимальная скорость, с которой они имели дело, — это 12 км/с, — возвращение космического аппарата с орбиты Луна-Земля. Остальное меньше: 8 км/с — спутник Земли, чуть меньше скорость боеголовки стратегической ракеты, километры в секунду— тактические ракеты и, наконец, самолеты вроде Миг-25 — максимум 3,5 скорости звука. Поэтому, когда общаешься со специалистами по сверхзвуку и говоришь, что существует объективно фиксируемый сверхскоростной процесс движения в атмосфере горячего канала с поперечным сечением в сантиметры и десятки сантиметров, то ничего, кроме недоверия и удивления, это не вызывает. Однако наличие таких процессов — это научно установленный факт.

В экспериментах с ракетами и проволоками, которые они тянут к облаку для получения искусственных молний, было замечено, что сечение канала молнии составляет от нескольких сантиметров до дециметров. На видеозаписях тех же экспериментов зафиксирована стадия угасания молнии, когда по ее длине появляются темные прозрачные зоны — страты. Аналогичный процесс можно наблюдать в лампе дневного света: при пониженном напряжении возникает череда темных и светлых зон. Стратификация канала либо сразу, либо по мере угасания молнии воспринимается наблюдателем, инерционной фотопленкой и видеокамерой как черточная молния.

Так, пристально рассматривая многочисленные фотографии молний, полученные методом высокоскоростной съемки, мы приходим к выводу, что молния — это вовсе не лавина электрических зарядов, а полый плазменный канал, причем ток сосредоточен в его стенках, образуя так называемый скинслой. Становится ясна и причина огромной, до 60000 км/с, скорости обратного лидера молнии — яркого мерцания, которое возникает после того, как молния достигла земли во время так называемого основного процесса. Такой обратный лидер развивается как колебательный процесс внутри полой плазменной трубы, подобно колебаниям в замкнутом контуре. Это электрические колебания, скорость которых может быть несравнимо выше, чем у колебаний плотности воздуха.

Метеорологи рассказывают, что еще 40 лег назад радары фиксировали очень важную закономерность: в грозовых фронтах и облаках, которые служат источниками молний и торнадо, они замечали точки повышенной радиоотражаемости. Она была столь же высока, как у металлических объектов, а размер этих точек составлял от метра до десятков и сотен метров. Обычные облака, даже дождевые, такими свойствами не обладают. Получается, что в грозовых облаках и фронтах есть зоны концентрации электрических зарядов. Этот факт не находил объяснения в теориях грозы и не освещался в научной печати, так как предполагалось, что подобное концентрирование заряда в сравнительно малой области противоречит законам электростатики. Но в 2006 году в январском номере журнала “Метеорология и гидрология” вышла статья начальника отдела активных воздействий Росгидромета В.Н. Стасен ко, который обобщил результаты многолетних радиолокационных экспериментов, проходивших в Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова под руководством С.М. Гальперина. В ней признано, что в грозовых фронтах и облаках действительно есть центры электроактивных зон или зарядов. При формировании молний эти центры могут образовывать разрядный ансамбль. То есть объединяться в несколько зон. Сами зоны, как рассказывает С.М. Гальперин, наблюдаются со стационарной радиолокационной базы длительное время, до 40–45 минут. Итак, получается, что у молнии есть три особенности. Во-первых, это зона сконденсированного электрического заряда в небе, причем не обязательно в облаке, помните гром среди ясного неба? Во-вторых, полый плазменный канал, стенки которого — скин-слой (зона концентрации тока) этого канала. В-третьих, существует передняя часть, пробивающая атмосферу, которая функционально отличается от канала. Заметив эти черты молнии, попробуем найти их у торнадо.

Суть тысячелетних представлений о смерчах (торнадо) в том, что это — воздушный вихрь. Такие представления получаются большей частью на основании сделанных со значительного расстояния наблюдений, а также фото- и видеозаписей. Другие источники знания — образовательный процесс в школе и институте, телевидение и энциклопедии. Однако накопилось много данных, которые эту гипотезу не подтверждают. Например, есть сведения, что зона, откуда тянется «хобот» торнадо, независимо от того, расположена ли она в грозовом фронте или отдельном облачке, представляет собой зону электрической активности. Существуют фото- и видеозаписи «хоботов» причудливых, в том числе Г-образных, форм, объяснить существование которых теории торнадо-вихрей не в состоянии: вихрь не может образовывать углы. Есть фото, когда солома, попав в торнадо, ускоряется настолько, что пробивает доски. Расчеты показывают, что для этого нужно иметь скорость в несколько скоростей звука, а всей теорией торнадо это не допускается: вихрь не может вращаться со скоростью, превышающей скорость звука, это все равно как если бы свет летел со сверхсветовой скоростью.

При прохождении торнадо зажигаются выключенные лампочки накаливания, что свидетельствует о наличии в нем сильного переменного магнитного поля. В идеальных условиях, без пыли, грязи, дождя и солнечной засветки, фото- и видеоаппаратура всегда фиксирует идеальный вращающийся тонкий конус, вершина которого находится у земли, а углы слева и справа относительно земли всегда одинаковы. На всех качественных фото- и видеодокументах всегда видно: «хобот» торнадо имеет трубчатую структуру с тонкими стенками, что сильно напоминает канал молнии. Так мы подошли к следующей гипотезе: торнадо — это одиночный электрический разряд.

На этой фотографии торнадо хорошо видна его трубчатая структура