Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Высокое здание само может инициировать молнию, если оно пошлет ступенчатый лидер к нависающей над ним туче. Ток разряда тогда пойдет через молниеотвод (металлический стержень, установленный на крыше) или через металлический каркас здания. Когда в здание, например церковь с высоким шпилем, но без молниеотвода, ударит молния, ток может оторвать намокшие части здания, точно так же, как это происходит с деревьями, и, если ток разряда будет течь достаточно долго, деревянные части конструкции могут загореться.

Если молния ударит в мокрую землю, вода из нее испарится так быстро, что влажный грунт поднимется и будет отброшен в сторону, так что на его месте останется яма. Этому может поспособствовать и мощный порыв ветра, возникший из-за мгновенного нагрева воздуха во время удара молнии.

Когда молния ударяет в кварцевый песок, при прохождении тока температура в нем может подняться выше точки плавления (около 1700°C). После удара песок быстро охлаждается, при этом вдоль извилистых путей, по которым через песок шел ток, образуются тонкие цилиндрики оплавленного кварца. Структура, состоящая из стержней оплавленного кварца, и есть фульгурит — редкая и интересная находка, если, конечно, его удается выкопать из песка, не поломав.

Отчего во время грозы иногда видят (и очень редко — фотографируют) светящиеся сферы? Четочная молния остается на небе после удара обычной молнии, она похожа на струну с нанизанными на нее яркими сферами или немного вытянутыми эллипсоидами — «бусинами». Шаровая молния — еще более загадочное явление. Она представляет собой светящийся шар диаметром до 20 см, парящий над землей в течение нескольких секунд. Некоторые шары исчезают тихо, а некоторые — с хлопком, напоминающим взрыв. Сообщалось, что шаровые молнии проходят сквозь стекло (перетекают с одной его стороны на другую), не причинив вреда стеклу, хотя доказательств этому нет. Их наблюдали и когда они скользили по линиям электропередачи или перекатывались по полу внутри помещений (в частности, от одной электрической розетки к другой). Пассажиры самолетов видели, как шаровая молния проплывала по проходу самолета из одного конца в другой (что, вероятно, сразу сделало места у прохода менее привлекательными). Если шаровая молния коснется человека, она может оглушить, сбить с ног, обжечь. Словом, заметив шаровую молнию, постарайтесь от нее отдалиться (не слишком быстро, чтобы не вызвать потока воздуха, который приблизит ее к вам).

ОТВЕТ •Не существует общепринятого объяснения четочной молнии. По-видимому, яркие бусины на струне — это области, остающиеся горячими после того, как остальная часть молнии уже остыла настолько, что перестала светиться. Возможно, оставшиеся горячие пятна — это точки изменения направления канала молнии.

Нет и общепринятой теории, объясняющей возникновение шаровой молнии. На самом деле теорий множество, но ни одна из них не может предсказать все наблюдаемые свойства шаровой молнии, в особенности время ее жизни. Похожий тип светящегося шара, называемого плазменным шаром, можно наблюдать в лаборатории или на электростанции, когда происходит электрический разряд. В разряде молекулы воздуха ионизуются: электроны вырываются из молекул, и положительные и отрицательные заряды разделяются. Это состояние вещества ( плазма ) существует меньше секунды, после чего электроны и ионизованные молекулы рекомбинируют.

Хотя считается, что шаровая молния живет несколько секунд (или даже больше), а время жизни плазменного шара значительно меньше, в большинстве устоявшихся гипотез считается, что шаровая молния — это плазменный шар, образованный либо прямым ударом молнии, либо восходящим стримером. Предположительно, разряд ионизует либо воздух, либо вещество (землю, молниеотвод и т. п.) в нижней точке молнии или стримера. Однако, если плазменный шар образует молния, он должен обладать каким-то особым внутренним строением, чтобы прожить несколько секунд, а не исчезнуть мгновенно. Кроме того, он не должен быть слишком горячим, поскольку шаровая молния (в отличие от горячего воздуха) не поднимается вверх. Этот шар не может быть просто огнями святого Эльма — видимым разрядом, появляющимся на концах проводящих объектов, — поскольку шаровая молния движется, а огни святого Эльма неподвижны. Так что на сегодняшний день у нас нет убедительного объяснения структуры шаровой молнии.

В течение десятилетий пилоты, подлетавшие ночью близко к грозовым облакам, время от времени видели гигантские вспышки высоко над тучами, возникающие сразу после того, как из туч в землю ударяла обычная молния. Однако эти высокие вспышки бывали короткими и не слишком яркими, так что большинство пилотов считали их иллюзией. Но позже, в 1990-х годах, эти вспышки были сняты на видео и получили название спрайтов . Если спрайты связаны с молнией, возникающей между тучей и землей, почему они появляются не прямо над тучами, а гораздо выше?

ОТВЕТ •Природа спрайтов не совсем понятна, но считается, что они возникают, когда из тучи в землю ударяет очень сильная молния, особенно если она переносит большое количество отрицательных зарядов от земли к туче. Сразу после переноса этих зарядов под тучей на земле возникает область со сложным распределением положительных зарядов. Отрицательные заряды в туче и положительные на земле создают электрическое поле как под тучей, так и над ней.

В этом поле атомы и молекулы воздуха ионизуются, то есть из них вырываются электроны. Однако ионизуются они, только если электрическое поле превысит некую критическую величину, зависящую от плотности воздуха. Непосредственно над тучей напряженность электрического поля велика, но зато воздух слишком плотный для ионизации. Выше над тучей поле немного слабее, но плотность воздуха намного меньше, поэтому там возможна ионизация. На этой большой высоте электроны не только отрываются от молекул, но и ускоряются настолько, что могут сталкиваться с другими молекулами, главным образом молекулами азота, и тогда атомы азота начинают испускать свет. Некоторые ученые считают, что спрайты — это коллективное излучение сталкивающихся молекул. Однако полный механизм возникновения спрайтов гораздо сложнее, чем предполагает эта модель. Кроме того, ученым еще предстоит объяснить различные формы спрайтов и эльфов — кольцевых структур, которые расходятся от спрайтов.

Правда ли, что молниеотвод защищает здание от удара молнии, и если да, то каким образом? Увеличивает ли молниеотвод вероятность удара молнии в здание? Каким должен быть верхний конец молниеотвода — острым или тупым?