В годы максимума солнечной деятельности, когда Солнце выбрасывает особенно интенсивные потоки частиц с большой скоростью, полярное сияние можно наблюдать не только в высоких северных или южных широтах, но и в средних. В сентябре 1957 года полярное сияние полыхало над Москвой. Наблюдали его тогда и значительно южнее — в Астрахани.
Изучение полярных сияний имеет большое значение для науки. Оно дало немало сведений о высоких слоях атмосферы, их химическом составе, строении, плотности. Исследование полярных сияний имеет важное практическое значение и для радиосвязи.
В последние годы этим исследованиям помогают искусственные спутники Земли.
Когда Зевс гневается
Молния! Этот призрак опасен. Чтобы скрыть свою природу, рядится в разные одежды. С давних времен он грозил человеку бедой. И нередко приносил ее.
Люди верили — это оружие богов. У древних греков им владел Зевс-вседержитель. У наших предков, славян, — Перун. У германских племен — бог Один. Когда эти боги гневались, они метали в людей разящие огненные стрелы.
Молния... На ее счету и в самом деле бесконечный перечень бед, которые она приносит с собой, рождаясь в грозовом облаке: пожары, тяжелые контузии, убийства людей и животных, местные разрушения, а порой и большие катастрофы.
«Утром 18 августа 1769 года гром ударил в башню святого На-зария в Бресчии. Под основанием этой башни находился подземный погреб, в котором хранилось 1 030 000 килограммов пороха, принадлежащего Венецианской республике. Эта огромная масса воспламенилась мгновенно. Шестая часть зданий обширного и прекрасного города была разрушена, а все остальное было потрясено так, что угрожало падением. При этом погибло три тысячи человек».
В наш век все подобные хранилища защищены от ударов «небесных стрел» вполне надежно. Но разве мало есть других взрывоопасных объектов, которые могут пострадать.
Еще в древнем мире люди нашли достаточно надежную защиту от молний. Свыше трех тысяч лет назад жрецы Древнего Египта устанавливали около своих храмов высокие мачты, обитые медными пластинами. Вот когда, по существу, уже был изобретен молниеотвод.
История изучения природы атмосферных электрических разрядов — а это и есть молния — сохранила память о подвигах ученых во имя науки.
ЛИНЕЙНАЯ МОЛНИЯ.
Ломоносов вместе со своим другом профессором Рихманом решили изучать молнию. Они построили «громовую машину». На высоком дереве был установлен шест, а на нем закреплен железный стержень; он соединялся с проволокой, протянутой в комнату. На конце проволоки были подвешены железная линейка и шелковая нитка.
При грозе железная линейка так сильно заряжалась атмосферным электричеством, что из нее можно было извлекать электрические искры.
Опыты были очень опасны. Но ученые самоотверженно продолжали изучение молнии. В 1753 году Рихман был убит молнией у своей «громовой машины».
Тяжело пережил Ломоносов смерть друга, но продолжал исследования. И пришел к выводу, что молния — «это естественное электричество, похожее во всем на то, которое мы извлекаем из наших машин».
Теперь мы знаем, что грозовое облако — это, по существу, огромный аккумулятор электричества. Взгляните на рисунок. На нем ясно видно, как оно там распределяется. В нижней части облака собираются отрицательные электрические заряды, а в верхней — положительные. Кроме того, области, заряженные положительным электричеством, находятся у основания грозового облака.
Почему так? Вопрос далеко не простой.
Одни ученые полагают, что это происходит благодаря разбрызгиванию в воздухе падающих дождевых капель. Каждая капелька дождя заряжена электричеством, при этом в центре капли находится обычно положительный заряд, а на поверхности ее располагается равный ему отрицательный заряд. В грозовом облаке всегда имеются сильные восходящие потоки воздуха. Эти потоки подхватывают падающие капли дождя и дробят их на части. При этом мелкие брызги, оторванные ветром от основного ядра капли, уносят с собой отрицательные заряды, а оставшиеся более крупные частички разбитых дождевых капель получают положительный заряд. Мелкие, более легкие брызги поднимаются воздушными потоками выше, а более тяжелые остаются внизу.
Так происходит разделение зарядов атмосферного электричества в нижней и средней части грозового облака.
А в верхних его слоях?
Там — царство ледяных кристаллов. Носящиеся в потоках воздуха, сталкиваясь друг с другом, они дробятся и тоже наэлектризовываются. Мелкая ледяная пыль, несущая на себе заряды положительного электричества, уходит к вершине облака, а более крупные осколки атмосферного льда, заряженные отрицательно, опускаются ниже и создают зону отрицательных зарядов.
Но все же вопрос, как заряжается атмосферный аккумулятор, еще не выяснен полностью. Ясно главное: в грозовом облаке накапливается большой запас атмосферного электричества.
А дальше приходит в действие простой физический закон: электрические заряды разных видов взаимно притягиваются. Поэтому, когда одна часть грозового облака заряжается положительным электричеством, а другая — отрицательным, оба электрических заряда стремятся притянуться один к другому. Так же будут притягиваться друг к другу отрицательный заряд тучи и положительный заряд, скопившийся в крыше дома, в дереве.
Но этому объединению мешает воздух, плохой проводник электричества.
...Все больше заряжается «грозовая машина» атмосферы: все
опаснее ее содержание. И вот природа нажимает на спусковой крючок — наступает момент, когда воздух уже не может воспрепятствовать соединению двух разноименных электрических зарядов.
Небо прорезает молния.
Там, где электрический разряд пробивает воздух, последний очень сильно нагревается, давление воздуха мгновенно повышается до нескольких тысяч атмосфер. Происходит как бы взрыв раскаленных газов там, где проскакивает молния. Воздух сильно расширяется, образуются взрывные волны — такие же, как и при любом .взрыве. Это и есть гром.
Линейная молния напоминает большую извилистую реку с многочисленными притоками, изображенную на географической карте. Почему так? Все объясняется просто. Разряд проходит по пути, где он встречает наименьшее сопротивление. Длина таких электрических искр — несколько километров, а иногда и несколько десятков километров. На экране радиолокатора однажды удалось увидеть молнию, длина которой по прямой превышала 150 километров!
А вот другое обличив нашего призрака — молния плоская. Это как бы вспышка электрического света в облаках.
Реже можно увидеть такие молнии: ракетообразную, неточную и шаровую. Неточная напоминает собой светящуюся нитку бус, четок: на фоне облаков она выглядит как пунктирная линия. Ракетообразная похожа на ракету, пущенную в воздух, а шаровая... Впрочем, что касается этой разновидности из семейства молний, то о ней до сих пор лишь гадают.
Как говорит само, название, опасный призрак имеет форму шара. Но как он возникает, из чего состоит, ученые еще спорят.
Загадка шаровой
В отличие от своих «родственников» шаровая молния беззвучна и по первому впечатлению совсем безобидна.
Однажды с шаровым призраком встретился известный исследователь Дальнего Востока В. К. Арсеньев. «Полный месяц, — пишет он, — светил с небесной высоты... Воздух был чист и прозрачен... Я вышел на пригорок... На минуту я остановился и в это время увидел впереди себя какой-то странный свет. Кто-то навстречу мне шел с фонарем.
«Вот чудак! — подумал я. — В такую светлую ночь кто-то идет с огнем*.
Через несколько секунд я увидел, что фонарь был круглый и матовый. «Вот диво! — снова подумал я. — Кому в голову могла прийти мысль идти по тайге с бумажным фонарем?»
Странный свет приближался. Местность была неровная, и свет то принижался к земле, то подымался кверху... Тишина была пол: ная: ни голосов, ни шума шагов не было слышно. Тогда я окликнул его и спросил, кто идет. Мне никто не ответил. И вдруг я увидел, что фонарь двигается не по тропе, а в стороне от меня, над зарослью.
Мне стало страшно, оттого что я не мог объяснить, с кем или с чем я имею дело. Это был какой-то светящийся шар величиной в два кулака, матово-белого цвета. Он поравнялся со мною, и я мог его хорошо рассмотреть. Раза два его внешняя оболочка как бы лопалась, и тогда внутри него был виден яркий бело-синий свет. От молниеносного шара тянулся тонкий, как нить, огненный хвостик; он по временам давал мельчайшие вспышки.
Я понял, что имею дело с шаровой молнией. Я хотел было стрелять в нее, но побоялся. От выстрела молния могла исчезнуть, но могла и разорваться. Я стоял и не мог пошевелиться».
Надо отметить, что этот природный феномен долгое время не получал признания в науке. О шаровой молнии говорили, что это лишь призрак, оптический обман. Французский физик Маскар называл ее «плодом возбужденной фантазии». А в одном из немецких учебников по физике еще в конце прошлого века утверждалось, что шаровая молния не может существовать, поскольку это «явление, не отвечающее законам природы».
