Случилось это в 1695 году в Средиземном море, у Балеарских островов, во время грозы. Опасаясь бури, капитан приказал спустить паруса. И тут моряки увидели в разных местах корабля больше тридцати огней Эльма. На флюгере большой мачты огонь достиг более полуметра в высоту. Капитан послал матроса с приказом снять его. Поднявшись наверх, тот крикнул, что огонь шипит, как ракета из сырого пороха. Ему приказали снять его вместе с флюгером и принести вниз. Но как только матрос снял флюгер, огонь перескочил на конец мачты, откуда снять его было невозможно.
Еще более впечатляющую картину увидели в 1902 году моряки парохода «Моравия». Находясь у островов Зеленого Мыса, капитан Симпсон записал в судовом журнале: «Целый час в море полыхали молнии. Стальные канаты, верхушки мачт, нок-реи, ноки грузовых стрел — все светилось. Казалось, что на шканцах через каждые четыре фута повесили зажженные лампы, а на концах мачт и нок-рей засветили яркие огни». Свечение сопровождалось необычным шумом: «Словно мириады цикад поселились в оснастке, или с треском горели валежник и сухая трава…»
Огни святого Эльма разнообразны. Бывают они в виде равномерного свечения, в виде отдельных мерцающих огоньков, факелов. Иногда они настолько похожи на языки пламени, что их бросаются тушить.
Американский метеоролог Хэмфри, наблюдавший огни Эльма на своем ранчо, свидетельствует: это явление природы, «превращая каждого быка в чудище с огненными рогами, производит впечатление чего-то сверхъестественного». Это говорит человек, который по самому своему положению не способен, казалось бы, удивляться подобным вещам, а должен принимать их без лишних эмоций, опираясь только на здравый смысл. Можно смело утверждать, что и ныне, несмотря на господство — далеко, правда, не повсеместное — естественнонаучного мировоззрения, найдутся люди, которые, окажись они в положении Хэмфри, увидели бы в огненных бычьих рогах нечто неподвластное разуму. О средневековье и говорить нечего: тогда в тех же рогах усмотрели бы, скорее всего, происки сатаны.
Огнями святого Эльма называется такое явление, когда над остроконечными предметами появляются языки слабого сияния. Явление это электрического характера и вполне подобно свечению заостренного кондуктора электростатической машины (тихий разряд). Как здесь, так и там интенсивность свечения зависит, при прочих равных условиях, от знака заряда острия: положительный заряд дает более крупное и интенсивное сияние, чем отрицательный.
В природе огни святого Эльма наблюдаются в тех случаях, когда падение потенциала атмосферного электричества на единицу вертикального расстояния достигает весьма значительной величины. Такое состояние чаще всего бывает в горных странах, где вообще изопотенциальные поверхности сближены, и потому огни святого Эльма имеют наибольшую повторяемость в горах. В долинах явление наблюдается чаще в зимнее время и реже — летом. Это обусловлено тем, что зимой вообще разность потенциалов больше, чем летом.
Облака, особенно низкие, благодаря собственному высокому потенциалу, способствуют образованию значительного градиента атмосферного электричества, а потому в облачную погоду, во время гроз, дождя, метелей и т. д. появление огней святого Эльма наиболее вероятно. Чаще они наблюдаются при отрицательном заряде, и тогда огни имеют голубоватый цвет, при положительном — они красноватые. Довольно часто, особенно в тропических широтах, это явление наблюдается на море: оконечности рангоута судна начинают испускать свет, часто довольно яркий. Здесь периодичность повторяемости несколько иная, чем на суше: наиболее часто огни святого Эльма наблюдаются весной и осенью, реже зимой и совсем редко летом. Иногда свечение огней Эльма сопровождается свистящим звуком, подобным тому, который слышится при тихом разряде электростатической машины. При этом, как при всяком тихом разряде, происходит озонирование воздуха.
Особенно благоговейно к этому явлению относились моряки. Их охватывал радостный трепет, когда в обстановке низко летящих облаков на концах мачт вдруг возникало свечение — символ того, что святой Эльм (Эрас-мус) принял судно под свое покровительство. Эти огни дали морякам Христофора Колумба второе дыхание. Упавшие было духом, они увидели в сиянии огней знак того, что их бедам и мытарствам скоро будет конец.
Нас Эльма огни святого хранят
На мачтах, как блеск свечи.
Глотая лишь соль, не глядя назад,
Привыкли мы в ночь идти.
Еще у древнегреческих мореходов эти огни были добрым знаком, ведь их зажигала Прекрасная Елена — сестра Диоскуров, которые покровительствовали морякам. Эти огни были знаком того, что буря, гроза утихомириваются.
Для корабельных радистов эти огни создают радио-помехи, сильно электризуют радиоантенну. Этот тлеющий разряд сходен с огнями неоновых реклам и возникает вследствие стекания электрического заряда с острых концов различного рода предметов.
В горах, как правило, это явление достигает максимума, когда основание облака почти касается земли. В долинах оно тоже хорошо проявляется. При возникновении этих огней, венчающих головы и пальцы людей, слышен сильный треск, а от голов и пальцев поднимаются светящиеся языки длиной в несколько сантиметров. Вокруг голов возникает сияющий нимб, а с концов палок, ледорубов стекают языки пламени. Не исключено, что горящий и не сгорающий куст, в виде которого Бог беседовал с Моисеем на горе Синай, был не чем иным, как огнями святого Эльма.
Полагают, что свечение более ярко, когда грозовое облако на своей нижней границе имеет отрицательный заряд. В этом случае свечение приобретает красноватый оттенок. Когда нижняя часть облака заряжена положительно, свечение слабее и имеет голубоватый оттенок. Кстати, этот оттенок встречается реже, чем красный.
Огни Эльма можно наблюдать не только во время грозы. Они возникают во время сильных песчаных бурь, когда мчащиеся с большой скоростью песчинки сильно электризуются. Отмечались эти огни и во время извержений вулканов.
У жителей Швейцарских Альп огни святого Эльма служили для предсказания грозы. На возвышенном месте, например на стене замка, водружалось копье с деревянным древком. Стражник замка время от времени подносил к этому копью алебарду и, если появлялись искры, звонил в колокол, предупреждая крестьян, пастухов и рыбаков о приближающейся грозе.
Эти огни появляются и на самолетах, на винтах и различных выступающих заостренных частях корпуса. Их появление отнюдь не радует пилотов, так как эти разряды создают сильные радиопомехи, известные как статические помехи. Для уменьшения помех на самолетах устанавливаются специальные разрядники — металлические метелочки, расположенные на некотором расстоянии друг от друга. Эти разрядники не дают накопиться на корпусе большому заряду, а появляющийся заряд постепенно «сцеживается» в атмосферу.
Электрическая корона
Рассмотрим подробнее электрическое явление, которое помогает понять происходящие в атмосфере процессы. Разновидностью тлеющего разряда является коронный разряд, или электрическая корона. Коронный разряд возникает при резко выраженной неоднородности электрического поля вблизи одного или обоих электродов. Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности. Это различные острые части механизмов или даже тонкие провода. При коронном разряде эти электроды окружены характерным свечением, также получившим название короны, или коронирующего слоя. Примыкающая к короне несветящаяся («темная») область межэлектродного пространства называется внешней зоной. Корона часто появляется на высоких остроконечных предметах (огни святого Эльма), вокруг проводов линий электропередач и т. д. Коронный разряд может иметь место при различных давлениях газа в разрядном промежутке, но наиболее отчетливо он проявляется при давлении не ниже атмосферного.
Появление коронного разряда объясняется ионной лавиной. В газе всегда есть некоторое число ионов и электронов, возникающих случайно. Однако число их настолько мало, что газ практически не проводит электричество. При достаточно большой напряженности поля кинетическая энергия, накопленная ионом в промежутке между двумя соударениями, может сделаться достаточной, чтобы ионизировать нейтральную молекулу при ударе. В результате образуется новый отрицательный электрон и положительно заряженный остаток — ион.
Свободный электрон при соударении с нейтральной молекулой расщепляет ее на электрон и свободный положительный ион. Электроны при дальнейшем соударении с нейтральными молекулами снова расщепляют их на электроны и свободные положительные ионы и т. д.
Такой процесс ионизации называют ударной ионизацией, а ту работу, которую нужно затратить, чтобы произвести отрывание электрона от атома, — работой ионизации. Работа ионизации зависит от строения атома и поэтому различна для разных газов. Образовавшиеся под влиянием ударной ионизации электроны и ионы увеличивают число зарядов в газе, причем, в свою очередь, приходят в движение под действием электрического поля и могут произвести ударную ионизацию новых атомов. Таким образом, процесс усиливает сам себя, и ионизация в газе быстро достигает очень большой величины. Явление аналогично снежной лавине, поэтому и процесс был назван ионной лавиной.
