ШШПШ

Б.ШОНЛАНД
ШШЛШ ИШШИШ
МОСКОВСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
ГИДРОМЕТЕОИЗДАТА
МОСКВА — 1970

THE FLIGHT OF THUNDERBOLTS
SIR BASIL SCHONLAND, С. B. E„ F. R. S.
SECOND EDITION, REVISED AND ENLARGED
CLARENDON PRESS • OXFORD
1964
перевод с англ. Л. С. Мордовиной
под ред. д-ра физ.-мат. наук
И. М. Имянитова
Предлагаемая книга — это популярные расска¬
зы о молнии, о том, как постепенно накапливались
сведения об этом явлении природы, как изучались
свойства молний, как совершенствовались средства
грозозащиты.
Ученый, размышляющий о сути процессов
природы, рассказывает, как, по его мнению, они
протекают, и вводит читателя в круг представлений
современной науки, научных споров. И кто знает,
быть может, читатель и сумеет решить эти
споры и начать другие, не менее увлекательные.
Именно поэтому интересно, поучительно и просто
приятно читать книгу Шонланда.
ПОЛЕТ МОЛНИИ
Базиль Шонланд
Редактор Л. П. Жданова
Обложка художника Э. И. Копе л я н а
Техн, редактор Г. Г. Бабина
Корректор С. И. Батулина
Московское отделение Гидрометеоиздата.
Москва, ул. Бужениновская, д. 42/1.
Сдано в набор 11/ХІІ-1969 г. Подписано к печати 3/ѴІ-
1970 г. Изд. 114. Индекс м-м-114. Бумага 84 X Юв’/зг- Бум.
л. 2,5. Печ. л. 5 (8,2). Уч.-изд. л. 9,1. Заказ 3309. На бу¬
маге № 1. Цена 46 коп. Тираж 30 тыс.
Ордена Ленина типография «Красный пролетарий».
Москва, Краснопролетарская, 16.

ВМЕСТО ПРЕДИСЛОВИЯ
Thunderbolt на современном английском языке это молния,
но в словарях можно найти и старое значение этого слова — гро¬
мовая стрела. Длинный путь прошло человечество, пока полет
громовой стрелы не превратился в электрический разряд. Книга
Б. Шонланда «Полет громовых стрел» — «Полет молнии» в попу¬
лярной форме рассказывает об истории накопления сведений о
молнии, об исследованиях свойств молний, о появлении и совер¬
шенствовании средств грозозащиты.
В Южной Африке, где живет и работает Шонланд, гроза —
не экзотика, а повседневность. Неудивительно поэтому, что уче¬
ный избрал объектом исследования молнии их физику. Он вы¬
полнил ряд интересных работ, и имя его хорошо известно спе¬
циалистам по атмосферному электричеству, но не менее инте¬
ресно знакомство с Шонландом — популяризатором своей
науки.
Научно-популярная книгаі Как часто под этим названием вы¬
ходят серые, невыразительные любительские фотографии пре¬
красного и яркого мира науки. Вместо ее движения и яростной
борьбы — показываются какие-то муляжи из витрины магазина.
Не такова книга Шонланда.
В этой книге читатель видит не строгий, застывший в мону¬
ментальной неподвижности храм или хотя бы часовню науки, а
непосредственный процесс строительства не во имя отвлечен¬
ной идеи, а именем жизни и для самой жизни. Ученый, размыш¬
ляющий о сути явлений природы, рассказывает, как, по его мне¬
нию, они протекают; не все, далеко не все объяснено, и чита¬
тель вводится в круг представлений современной науки, вовле¬
кается в процесс ее споров. И кто знает, может быть, он, чита¬
тель, и сумеет решить эти споры и начать другие, не менее увле¬
кательные.
Процесс проникновения науки в жизнь, всегда противоречи¬
вый и сложный, Шонланд умеет показать в диалектическом раз¬
витии.
3

Английский ученый Б. Уилсон решил, что изобретенный аме¬
риканским ученым Б. Франклином громоотвод опасен. Стержень,
предназначенный отводить молнию, должен заканчиваться не
острием, а закруглением — шишечкой, доказывал Уилсон. Тем¬
пература научной дискуссии резко возросла, когда в спор всту¬
пил английский король Георг III, решительно принявший сторону
Уилсона против представителя мятежных колонистов Франклина
(к сожалению, решительность чаще свойственна дуракам, чем ум¬
ным людям). Расстановка сил была очевидна: адвокаты заострен¬
ных громоотводов отождествлялись с восставшими американ¬
скими колонистами и рассматривались поэтому как мятежники.
Научный спор, имевший политическую подоплеку, заинтересовал
население и, в частности, высшие классы общества. Возникла та
особая, обычно бурная форма спора, в котором большинство
участников горячо обсуждает вопрос, не зная сути дела.
Король Георг, страдавший, как все короли раньше, недугом
безапелляционности и уверенный, что королевское звание или в
крайнем случае власть в любом случае делает суждение короля
непогрешимым, призвал Королевское научное общество (Ака¬
демию наук) признать молниеотводы с шишечками и предать
анафеме молниеотводы с остриями.
Президент общества Д. Прингль ответил, что как долг, так
и наклонности настоятельно побуждают его делать все, что в его
силах, для удовлетворения желаний королевского величества, но
что он, Прингль, не в состоянии, к сожалению, менять законы и
нравы природы. Если бы примеру Прингля следовали другие уче¬
ные, люди избавились бы от многих бед, вызванных королев¬
скими психозами.
Доктор Реймарус из Гамбурга с «глубоким знанием» дела
доказывал, что хорошее заземление громоотводов может при¬
вести к взрыву. Его советы были повсеместно приняты в Герма¬
нии, и до конца XIX века (!) в этой стране встречались громоот¬
воды с намеренно плохим заземлением. Впрочем, предрассудки
живы и в наше время: в период с 1926 по 1930 г. по крайней
мере три раза в судах выдвигались обвинения против колдунов
в том, что они направляли молнии в своих врагов.
Франклин, создавший громоотводы и очень много сделавший
для их распространения, так и не смог решить вопрос, как же
действует громоотвод: разряжает ли он облако или изменяет
путь падающей молнии вблизи защищаемого объекта. Это со¬
мнение, казалось, окончательно было решено относительно не¬
давно с помощью камеры Бойса, на основании неторопливого
замечания ее автора: «знакомство с фактами по крайней мере
4

не может принести вреда» (удачно использованного Шонландом
в качестве эпиграфа к одной из глав книги).
Впервые теория Франклина об электричестве облаков была
проверена Далибаром (Франция) 10 мая 1752 г. Отставной сол¬
дат, которому было поручено следить за появлением искр из
стержня (молниеотвода), поднес при приближении облака зазем¬
ленный провод к стержню и увидел сноп искр. Он позвал мест¬
ных жителей, и потом священник писал Далибару, что опыт
удачно повторялся шесть раз.	-
В книге хорошо рассказано о видах электрических разрядов
в атмосфере. Помимо весьма полного их описания автор дает
физическое объяснение происхождения отдельных типов разря¬
дов. При этом ненастойчиво, исподволь читатель снабжается ар¬
гументацией выдвинутых положений.
До настоящего времени даже в научной литературе можно
встретить утверждение, что молния ударяет в самолет, переме¬
щаясь вдоль следа выхлопных газов. Шонланд отмечает, что из
370 точек, пораженных молнией на самолетах, выхлопные трубы
не поражались молнией ни разу, и очень убедительно решает
спор, основанный на априорных соображениях. Так же просто
доказывает Шонланд, что вероятность поражения дымящих и
недымящих труб одинакова и что модные громоотводы с радио¬
активными остриями неэффективны. В специальной литературе
дискутируется вопрос о роли самолета в вызывании разрядов в
грозовых облаках. Шонланд приводит данные о 169 разрядах,
ударивших в самолет, только половина которых возникла в
облаках до появления там самолета, и читатель легко усваивает
мысль, что самолет в грозовом облаке может стать причиной раз¬
ряда.
Очень интересно и подробно в книге рассказано о защите
от молнии. И здесь автор, не упрощая сути дела, популярно из¬
лагает довольно сложные понятия. Каков радиус защитного дей¬
ствия громоотвода? Оказывается, определить радиус эффектив¬
ной защиты трудно. Иногда бывают разряды, падающие под ма¬
лым углом к земле или несущие очень малый заряд, при кото¬
ром не действует громоотвод. Эти разряды могут поразить объ¬
ект, находящийся в защищенной громоотводом зоне. Но такие
разряды сравнительно редки: может быть, один из 100 разрядов,
попавших в громоотвод, ударит в защищенный дом. Для жителя
даже очень грозоопасного района появление такой молнии в те¬
чение его жизни и жизни его детей маловероятно. А вот для
фабрики, производящей динамит, эту опасность следует учиты¬
вать.
5

Шонланд рассказывает, как устроено грозовое облако, и объ¬
ясняет, как могут возникнуть электрические заряды в облаках.
В этой области работы еще далеко не закончены, а значит, не
следует и рисовать законченную картину процессов, происходя¬
щих в грозовом облаке. «Опасно — впереди работают люди»,—
предупреждает автор. Однако известные стороны процесса ав¬
тор не преминул показать и объяснить. Разряды чаще наблю¬
даются в мощных облаках, основание которых расположено
высоко над землей, так как разрядам легче пройти относительно
короткий путь в облаке, чем длинный от облака к земле. По¬
этому в Англии во время гроз число наземных разрядов отно¬
сится к числу внутриоблачных как 1 : 1, а в Южной Африке
как 1:10.
В книге очень доступно, в присущей автору манере изложе¬
ния рассказано об атмосфериках — электромагнитных излучениях
от молний — и, в частности, о свистящих атмосфериках, о лока¬
ции гроз с помощью атмосфериков. Рассмотрена роль гроз в
поддержании отрицательного электрического заряда Земли, рас¬
сказывается об атмосфериках Юпитера и упоминается теория
Бруса, объясняющая вариации света звезд процессами, подоб¬
ными грозовым, но канал «молнии» в которых имеет длину около
миллиона световых лет.
Не все, конечно, совершенно в этой книге. Наверное, автору
не следовало ограничиваться подробным описанием камеры
Бойса, совсем не упомянув о других приборах и методах иссле¬
дования гроз. Много лет тому назад основные научные статьи
печатались на английском, немецком и французском языках, и
тогда литература, опиравшаяся на статьи, напечатанные во Фран¬
ции или Англии, достаточно полно охватывала сведения по суще¬
ству вопроса. Сейчас положение изменилось. Провинциализмом
отдают книги, в которых не использованы работы, выполненные,
например, в СССР. Для провинциализма в науке характерен спо¬
соб видения, при котором сделанное у себя, под боком, кажется
большим, а сделанное вдалеке — незаметным. Чем бы ни вызы¬
вался подобный провинциализм, он противопоказан как научной,
так и научно-популярной литературе, так как вместо реальной
картины науки создает ее абстрактное, часто гротесковое изо¬
бражение. Несвободна от этого недостатка и книга Шонланда.
В истории науки работы Ломоносова, создавшего первую теорию
электризации облаков, и Рихмана представляют значительный ин¬
терес. Любопытно, что Шонланд почти дословно повторяет Ло¬
моносова, говоря о роли бесчисленного количества частиц в об¬
лаке для его электризации, хотя даже не знает о работах русско¬
6

го ученого в этой области. Современное состояние вопроса о гро¬
зовых процессах нельзя описать, не привлекая работ советских
ученых. В частности, доводы автора о возможном изменении
электрического состояния облаков под влиянием активных воз¬
действий подкрепила бы, наверное, ссылка на работы о созда¬
нии и измерении этих изменений.
Темп развития современной науки и техники неумолимо ве¬
дет к старению книг, хороших — в частностях, плохих — целиком.
Новые и новые исследования расширяют представление о мире,
выработанное наукой, уточняют детали известного. Шаровая мол¬
ния уже не сомнительное явление, родственное летающим блюд¬
цам, а предмет обсуждения серьезных научных конференций;
попытки управлять грозовыми процессами становятся все более
и более дерзкими и эффективными; длинные провода, увлекае¬
мые ракетами в грозовые облака, вызывают молнии в заданное
время и в намеченном месте; сеть коронирующих проводов дли¬
ной в десятки километров служит для изменения электрического
состояния облаков, оправдывая предположение Франклина, что
можно уменьшать заряд грозовых облаков, и наглядно показы¬
вая, как зачастую далеки от истины категорические утверждения.
Изменились и частности. Со времени выхода книги Шонланда
стало известно, например, что у молнии нет излюбленных пород
деревьев, а попадает она чаще в те деревья, которые стоят изо¬
лированно; удалось уточнить температуру молнии — она оказа¬
лась равной 25 000° С и т. д.
Но и много лет спустя, когда большинство загадочных пока
свойств молний и гроз улягутся ясными параграфами на стра¬
ницы учебников, книга Шонланда о полете мысли останется ин¬
тересной и полезной.
И. Имянитов

1
ДО ГРОМООТВОДА
Культ грозы
Deo tonanti! Deo fubninatori! Tonnerre!
Donnerwetter! Umpundulo! Разрази тебя
гром!
Человек всегда почтительно относился к чудодейственной
силе молнии. Достаточно вспомнить, какое большое место закли¬
нания грозы занимают в религиозных преданиях и фольклоре
первобытных народов. Словами, обозначающими гром и молнию,
и поныне пользуются, когда хотят вселить страх. Разве мы сами
не призываем гром и молнию на головы наших врагов? Наши да¬
лекие предки слепо верили, что внезапные и разрушительные
удары молнии посылают боги.
Древние скандинавы считали, что молнии — это искры, ко¬
торые сыпятся с волшебного молота, Миольнир, когда свирепый
рыжеголовый бог Тор, мчась по небу в своей колеснице, с гне¬
вом обрушивает его на тучи. Тучи, как рассказывается в сканди¬
навской поэме «Торсдрейп», покоятся на ветвях гигантского
ясеня, и Тор крошит их своим молотом на тысячи частей; они
падают на землю дождем и молниями. И как было скандинавам
не верить, когда они то и дело находили осколки волшебного
молота — глыбы камня или железа, глубоко ушедшие в землю и
совершенно не похожие на остальные, встречавшиеся кругом.
Сельские жители, выворачивая плугом такой камень, и теперь
иногда называют его гром-камнем, хотя им известно и более
прозаическое название — метеорит.
Среди большинства негритянских племен Южной Африки,
как и среди племен североамериканских индейцев, существует
8

поверье, что молнию вызывает, устремляясь с облаков на землю,
волшебная гром-птица. На языке коса она называется Умпундуло.
Блеск яркого оперения птицы — вспышки молнии, а шум крыль¬
ев — раскаты грома. Доказательством существования гром-пти-
цьі племена басуто и варозви считают борозды — следы когтей
птицы, появляющиеся на коре деревьев и на опорных жердях
жилищ, пострадавших от удара молнии.
Среди развалин крепости Зимбабве (Южная Родезия) были
найдены превосходно выточенные из мыльного камня фигурки
птицы, напоминающей огромного коршуна. Крепость Зимбабве,
по мнению многих археологов, была воздвигнута давно вымер¬
шим африканским племенем. И так как никаких других изобра¬
жений в ней не оказалось, было высказано предположение, что
она была посвящена гром-птице или дождь-птице.
Различные племена по-разному представляют себе гром-
птицу. Иногда это шпорцевый гусь — редкий гость в центральных
районах Африки. Колдун, поймав такую птицу, изготовляет из ее
жира и костей волшебное снадобье, которым обмазывают жи¬
лища, чтобы отпугивать от них гром-птиц. Однако случается, что,
несмотря на старания колдуна, молния все же ударяет в «обра¬
ботанный» дом. Что ж, это вина хозяина, не пожелавшего запла¬
тить за обновление смазки.
Если человек, пораженный ударом молнии, выживает, его
считают нечистым и подвергают сложному обряду очищения.
Погибших предают земле без похоронного обряда, без оплаки¬
вания, ибо считается, что погибший сам навлек на себя гнев Ве¬
ликого духа. Мясо животных, убитых молнией, ни в коем случае
нельзя употреблять в пищу даже в самое голодное время. У пле¬
мен, которых еще не коснулась цивилизация, до сих пор сущест¬
вует обычай искать у испепеленного молнией дерева яйцо, или
семя, гром-птицы, чтобы уничтожить его и помешать появиться
новому выводку нежеланных гостей. Чтобы не навлечь на себя
беду, такое дерево надо обходить стороной, его нельзя исполь¬
зовать на дрова.
Колдуны и знахари обязаны отгонять грозу, особенно если
она собирается над краалем вождя. Громкими криками они отпу¬
гивают гром-птицу и еще свистят на дудках, сделанных из ко¬
стей якобы убитых ими гром-птиц. В некоторых племенах счи¬
тается, что колдуны способны управлять полетом гром-птицы и
посылать ее на жилища своих врагов, а иногда даже сами
превращаются в гром-птицу. Как сообщает римский историк
Плиний, такие способности приписывались также этрусским
жрецам.
9

На протяжении 1926—1930 гг. суд племени катла (б. Бечуана-
ленд) трижды рассматривал дела о колдунах, обвинявшихся в
преступлениях, совершенных с помощью молнии, которой они
распоряжались по своему желанию. Один из них признал себя
виновным и сообщил, что действительно погубил человека, по¬
разив его огненными стрелами. Двое других обвинялись в под¬
жоге дома. Все были признаны виновными и понесли наказание,
причем тот из них, который сознался в убийстве, был жестоко
наказан: по приказу вождя ему сожгли горящим деревом
рот.
В Древнем Египте молнией управлял сам бог Сэт. Однако
из-за отсутствия письменных свидетельств, а возможно, и потому,
что в верховьях Нила грозы бывают редко, у нас нет данных о
том, как и с какой целью могущественный бог Тифон пользовал¬
ся молнией.
Богиня молнии Зарпанитум изображена на шумерской пе¬
чати (примерно 2500 г. до н. э.) в тот момент, когда она летит,
влекомая ветром, чтобы помочь своему супругу Бел-Мардуку, и
в каждой руке ее пучок громовых стрел. Громовые стрелы дер¬
жит в руках и бог воздушных стихий Тишуб, изображение кото¬
рого дошло до нас на хеттском рельефе (900 г. до н. э.). Молния
является также эмблемой китайской богини Дянь-му.
В Японии буддистские жрецы используют молнию — эмблему
Доко — при обрядах изгнания демонов. На ранних статуях Будда
изображен держащим в правой руке двуглавого Ваджра, или
Дорже,— молнию со стрелами на концах, напоминающую ган¬
тели с укрепленными на них остриями. Главный буддийский храм
Сера вблизи Лхасы в Тибете знаменит тем, что в нем хранится
прославленный Дорже. Жрецы пользуются этой эмблемой при
вознесении молитв, а во время торжественной процессии в ка¬
нун Нового года Дорже несут в великое святилище Джокхан.
В ведических книгах Индии рассказывается о том, что Инд¬
ра— сын Неба и Земли везет в своей колеснице громовую
стрелу с тысячью острий, а свиту его составляют юноши, которые
должны метать огненные стрелы и проливать дождь.
В Древней Греции и Риме вспышка молнии считалась знаком
неудовольствия отца богов — Зевса (Греция) или Юпитера (Рим).
Зевс молнией карал непокорных смертных, отнимая у них жизнь
или уничтожая их имущество. Геродот рассказывает, как разгне¬
ванный Зевс, метнув молнию в дворец скифского царя Скилеса,
потребовавшего, чтобы жрецы Вакха посвятили его в священные
тайны храма, сравнял дворец с землей. Пользовался молнией
Зевс и в тех случаях, когда его земным фаворитам грозило по¬
10

ражение в битве. Так, мы читаем у Гомера о том, как при осаде
Трои
«Страшно грянул от Иды Кронид и Перун, по лазури,
Пламенный бросил в ахейские рати; ахейцы, увидя,
Все изумились, покрылися лица их ужасом бледным».
Греки все-таки победили троянцев, но им, по-видимому, так
и осталось непонятным, против кого был направлен гнев Зевса.
Не только Зевс, но и все его многочисленные чада прибегали
к помощи громовых стрел. Так, Афина Паллада, как рассказы¬
вает поэт Вергилий, похитила у отца «быструю молнию» и пора¬
зила ею одного не в меру заносчивого и хвастливого грека по
имени Аякс, когда тот возвращался домой после падения Трои.
Иногда боги снисходят к молитвам истово верующих и обру¬
шивают весь свой арсенал на головы их врагов. Зная об этом,
псалмопевец Давид воззвал к Иегове, и тот «пустил стрелы и
рассеял их; блеснул молнией и истребил их».
Поскольку молния считалась оружием богов, имитировать ее
яркий свет и раскаты грома считалось святотатством. Вергилий
упоминает о некоем Салмонее, который пожелал, чтобы поддан¬
ные называли его богом и воздавали ему божеские почести. Он
решил показать, что может вызывать гром и метать молнии. Пу¬
стив колесницу по медному мосту, он приказал бросать горящие
факелы с обеих ее сторон. За это богохульство Зевс метнул в
него молнию и сжег, а затем приказал спустить его в царство
Аида, где отвел ему место рядом с Сизифом, имя которого так
хорошо известно.
У римлян культ молнии был развит сильнее, чем у греков.
Считалось, что молния не ударяет в лавровый куст, связанный
с культом Аполлона (Плиний). Вот почему император Тиберий,
«до неприличия боявшийся молнии», но «весьма небрежный во
всем, что касалось религии», при приближении грозы надевал на
голову лавровый венок. Специальный эдикт, приписываемый царю
Нуме (700 г. до н. э.), запрещал употреблять в пищу мясо жи¬
вотных, убитых молнией. О людях, погибших от молнии, говорили,
что они прогневили богов. Их поспешно хоронили, а место это
огораживали и посвящали богу грома, ибо Юпитер отметил это
место своим священным огнем. Цезарь воздвиг алтарь Юпитеру,
увековечив место, где его чуть не поразила молния. Дома, раз¬
рушенные молнией, также считались отмеченными гневом бо¬
жьим. Их ни под каким видом не разрешалось восстанавливать.
Известно, что когда некто Валерус Публикус дерзнул отстроить
на Палатинском холме свой дом, сгоревший от молнии, магист¬
раты Рима приказали снести постройку.
11

Посылая молнию, Юпитер не только карал, но и выражал
свое неодобрение тем, как управляют Римом. О наиболее зна¬
чительном знамении такого рода, когда молния разрушила ста¬
тую Ромула — одного из основателей Рима, написано историками.
Это событие, происшедшее во времена Цицерона и Катилины,
было, естественно, воспринято как чрезвычайно дурное пред¬
знаменование, как настоятельное указание на то, что боги недо¬
вольны порядками в стране. Во время той же грозы, возможно,
та же молния поразила бронзовое изображение волчицы, вскор¬
мившей Ромула и Рема, и расплавила ее задние ноги. Повреж¬
денную статую и сейчас можно видеть в Капитолии — городском
музее Рима.
Римляне значительную долю своей крови и своих преданий
унаследовали от этрусков — пришельцев с севера. Для этрусков,
предки которых жили на северных склонах Альп, молния была
более обычным явлением, чем для южных италийцев или гре¬
ков,— в Северной Италии грозы проходят чаще, чем в любом
другом районе Европы. В течение лета в Венеции и Генуе грозы
возникают по крайней мере в три раза чаще, чем в Риме или
Афинах, и уж не реже 20 дней в году. Вместе с преданиями эт¬
русков римляне унаследовали их обычаи гадать по молнии,
предсказаниями такого рода пользовались на протяжении многих
веков римские правители.
Прорицательство — искусство угадывать волю богов по при¬
метам и небесным знамениям — было доверено в Риме высочай¬
шему органу — коллегии авгуров, членами которой могли стать
только самые достойные граждане. Авгур выбирался пожиз¬
ненно, и, так как он пользовался большим политическим влия¬
нием, его положение было завидным. Сообщая волю Юпитера,
авгуры могли налагать вето на решения сената, отменять собрания
и объявлять недействительным избрание на важные должности.
Коллегия авгуров возникла с первых дней истории Рима, еще
в 300 г. до нашей эры, и просуществовала до четвертого столе¬
тия нашей эры. Первоначально она состояла из трех членов, од¬
ним из которых был царь. При Юлии Цезаре в коллегию авгуров
входило 16 человек, которые по своему положению и значению
уступали только членам коллегии понтификов. Авгуры носили
тоги с алыми полосами, отороченные пурпурной каймой (воз¬
можно, отсюда и произошли современные докторские мантии).
В руке авгур держал посох с круглой головкой, напоминающий
епископский жезл,— знак его высокой должности.
Авгуры судили о настроении богов по трем знамениям в
небе: молниям, птицам и падающим звездам. Исполняя свои обя¬
12

занНости, авгур смотрел на юг, и если разряд молнии пересекал
небо слева направо, это истолковывалось как благоприятный знак
и одобрение тому, как ведутся государственные дела. Если же
молния пересекала небо справа налево, авгур обязан был немед¬
ленно сообщить, что Юпитер недоволен тем, как вершатся дела
на форуме или в других высоких собраниях. Более того. В лю¬
бом случае о появлении в небе молнии надлежало тотчас поста¬
вить в известность магистратов Рима, которые ввиду знамения
отменяли назначенные на этот день народные собрания.
Магистратам официально вменялось в обязанность прини¬
мать соответствующие меры в связи с сообщениями авгуров. Све¬
дения о молнии, поступившие от других лиц, во внимание не при¬
нимались. По существующим в Риме законам, авгур, выражаю¬
щий волю богов, не подчинялся никакой власти и никто не мог
оспаривать правильность его наблюдений. Поэтому сообщения
авгуров о молниях стали со временем удобным политическим
маневром — с его помощью можно было отсрочить нежелатель¬
ные заседания народного собрания или объявить недействитель¬
ными выборы, неугодные влиятельным государственным деяте¬
лям. Этим, надо полагать, весьма умело пользовалась олигархия,
когда требовалось приостановить введение нежелательного ей за¬
кона или отложить выборы магистратов. Постепенно выработа¬
лась даже особая формула, которую употреблял авгур, желая
воспрепятствовать проведению той или иной меры. В таких слу¬
чаях он просто говорил: «Пойду взгляну на небо». И это отнюдь
не означало, что он действительно отправится наблюдать за мол¬
ниями, а воспринималось как своеобразное вето, и в зависимо¬
сти от соотношения борющихся сил спорное предложение либо
продолжали отстаивать, либо тотчас снимали его.
В 59 г. до н. э. консул и авгур Бабилус Калпурниус, «посмот¬
рев на небо», приостановил введение законодательной програм¬
мы Юлия Цезаря. В следующем же году был принят закон, не
допускавший, чтобы авгуры чинили препятствия прохождению но¬
вых законов, однако их право отменять выборы осталось, по-ви¬
димому, незыблемым. Мы не знаем, вошел ли в силу упомяну¬
тый закон, но в 45 г. до н. э. гадания авгуров были жестоко ос¬
меяны Цицероном в его знаменитой речи о прорицателях.
«Итак,— говорил он,— появление молнии слева благоприятствует,
по нашему мнению, всему, кроме выборов. Но это исключение,
несомненно, специально придумано для того, чтобы наши пра¬
вители могли, сообразуясь с собственной выгодой, определять,
правильно ли выбраны магистраты, судьи и законодатели». Еще
до Цицерона с более беспощадной критикой выступил философ
13

Лукреций (99—55 гг. до н. э.). «Почему,— спрашивал он,— посы¬
лая молнии, Юпитер направляет их так расточительно и нера¬
зумно, поражая моря или собственные храмы? Зачем ударяет
ими в горы, леса и высокие деревья? Почему, прежде чем мет¬
нуть молнию, ждет, когда небо затянется облаками?»
В Греции предсказания по молнии не занимали сколько-ни¬
будь важного места в системе государственного управления.
Только один раз в году наблюдатели, поднявшись на городские
стены, с волнением ожидали разряда молнии в направлении
Hanna. Это считалось добрым предзнаменованием, и священная
процессия трогалась в путь к храму Аполлона Пифийского в
Дельфах. Греки считали благоприятным знаком, если молния по¬
являлась справа, а римляне, когда она появлялась слева. Но и те
и другие считали благоприятным появление молнии на востоке,
когда прорицатель стоит лицом к северу.
Первые сведения о разрушениях,
производимых молнией
От молнии и от бури, от чумы, моро¬
вой язвы и голода, от войны и побоищ,
и от смерти внезапной сохрани нас, Гос¬
поди!
С давних пор, когда человек, опасаясь врагов и диких жи¬
вотных, обитавших в лесистых равнинах, стал строить жилища на
вершинах холмов, молния казалась ему проявлением божьего
гнева, от которого нет иного спасения, кроме молитвы. Частые
пожары от молнии в Африке (так же как и во всех других местах,
где зарождалась история человечества), по мнению антрополо¬
гов и социологов,— одна из главных причин широкого распрост¬
ранения на этом континенте колдовства и знахарства. В Европе,
в том числе и в Англии, в течение многих веков существовал
обычай отгонять грозу молитвой и колокольным звоном. Стоило
собраться грозе, как все звонари должны были спешить в цер¬
ковь и бить в набат. «Бедняки полагали, что благочестивый звон
отпугивает злых духов грозы, люди же, занимающие более вы¬
сокое положение, верили, что колокольный звон, вызывая коле¬
бания воздуха, прерывает путь движения молнии». На многих
средневековых колоколах выгравирована надпись «Fulgura Fran-
go» («Я останавливаю молнии»). Однако звонить в колокола во
время грозы было делом чрезвычайно опасным, и в 1786 г. па¬
рижское законодательное собрание восстановило старинный
эдикт, изданный еще при Карле Великом, запрещавший этот обы¬
14

чай из-за многочисленных смертельных случаев среди звонарей.
О том, насколько необходим был этот указ, можно судить по не¬
которым цифрам, приведенным в любопытной книжице под пре¬
достерегающим названием «Доказательство того, что звонить в
колокола во время грозы более опасно, чем полезно», выпущен¬
ной в Мюнхене в 1784 г. Автор ее, Фишер, указывал, что за
33 года молния поразила 386 церковных колоколен, убив при
этом 103 звонарей. В этих цифрах нет ничего удивительного, так
как молнии чаще всего поражали церковные шпили, колокольни
и прочие высокие здания.
Пожалуй, наиболее печальную известность в этом отношении
заслужила колокольня собора Св. Марка в Венеции. Она возвы¬
шается более чем на 100 м над местностью, где, как уже гово¬
рилось, часто проходят грозы. В 1388 г. колокольня, тогда еще
деревянная, была сильно повреждена ударом молнии. В 1417 г.
она почти полностью сгорела, в 1489 г. горела снова, а в 1548,
1565 и 1633 гг. была более или менее серьезно повреждена.
В 1745 г. удар молнии разрушил колокольню до основания. На ее
реставрацию было затрачено 8000 дукатов, а в 1761 и 1762 гг.
она снова подверглась серьезным разрушениям. Только с 1766 г.,
когда на колокольне был установлен громоотвод, молнии пере¬
стали представлять для нее опасность.
Список разрушений, причиненных церквам, огромен. Пре¬
красный собор в Сиене (Италия) часто был жертвой грозовых
разрядов, пока в 1777 г. на нем не соорудили громоотвод. При¬
чем жители Сиена, считая громоотвод еретической выдумкой,
долго противились этому нововведению, пока сами не убедились
в его действенной защите от грозовых разрядов.
Старая церковь Св. Павла в Лондоне, на месте которой Рен
впоследствии воздвиг собор, дважды испытала на себе удары
молнии. «В среду, 4 июня 1561 г., загорелся от молнии... шпиль
церкви Св. Павла в Лондоне. Пожар занялся (как свидетельст¬
вуют очевидцы) двумя или четырьмя футами ниже основания
креста и оттуда, распространившись по шпилю, спустился к его
каменной основе и колоколам. За какие-нибудь четыре часа
огонь уничтожил весь шпиль вместе с церковной крышей».
Отстроенный на месте деревянной церкви шедевр Рена ни
разу не был серьезно поврежден молнией по причине, о кото¬
рой будет сказано ниже. Зато церкви Сент-Мартин-ин-де-Филдз
в этом отношении не повезло. 28 июня 1842 г. в ее красивый
шпиль, на котором 90 лет спустя после изобретения Франклина
все еще не был установлен громоотвод, ударила молния. Пройдя
по железному стержню, поддерживающему флюгер, она наткну¬
15

лась на каменную кладку и, своротив несколько больших камней,
свалила их внутрь церкви. Затем скользнула по циферблату ба¬
шенных часов и вышла к металлической раме, на которой висели
колокола, оттуда по металлической крыше главного здания и во¬
досточным трубам ушла в землю. Башня была почти полностью
разрушена, и ее пришлось отстраивать заново, причем на этот
раз, надо полагать, не забыли поставить громоотвод. Не меньшие
повреждения были нанесены молнией другой лондонской церкви,
Сент-Брайдз: ее 26-метровый шпиль пришлось строить заново.
В Нью-Йорке таким же образом пострадала Голландская цер¬
ковь в 1750 и 1763 гг. Молнии перестали угрожать церкви только
с 1765 г., когда ее снабдили громоотводом.
За одну ночь, 14 апреля 1718 г., когда полоса гроз прошла
над побережьем Бретани, между Ландерно и Сан-Пол-де-Леон
было повреждено чуть ли не 24 церковных шпиля. В 1774 г. силь¬
ная гроза, пронесшаяся над Лондоном, причинила значительный
ущерб церкви Св. Петра, не говоря уже о том, что подожгла ко¬
рабль на рейде, два дома и разрушила обелиск в Сент-Джордж-
Филдз (Англия). 11 января 1815 г. молнии сильно повредили две¬
надцать церковных шпилей в районе между Северным морем и
Рейнской областью. 25 апреля 1760 г. аббатство Нотр-Дам в Аме
(Франция) трижды в течение 20 минут подвергалось ударам мол¬
ний и сгорело дотла.
С развитием артиллерии в XVIII в. появилась необходимость
в хранении больших запасов пороха. Так как издавна в военное
время церкви служили местом хранения оружия и продовольст¬
вия, их погреба и склепы, представлявшие собой идеальные по¬
мещения под пороховые склады, стали использовать для этой же
цели. Однако высокий шпиль и подземелье, начиненное поро¬
хом,— сочетание чрезвычайно опасное во время грозы. Неуди¬
вительно, что хранение пороха в церквах привело к многочислен¬
ным бедам. Впервые такой взрыв случился в 1769 г. в церкви
Сен-Назар (Брешия, Северная Италия), в подвалах которой хра¬
нилось 100 т пороха. Взрыв, последовавший за ударом молнии,
уничтожил шестую часть города, было убито три тысячи человек.
Не далее, как в 1856 г. почти четыре тысячи человек погибло
от молнии на острове Родос при взрыве пороха в подвалах церк¬
ви Св. Иоанна. Такие же по своим последствиям взрывы произо¬
шли на военных пороховых складах в Танжере (1785), Люксем¬
бурге (1815), Венеции (1808) и Наварине (1829). В 1782 г. от удара
молнии взлетело на воздух 400 бочонков пороха, хранившихся в
форте Малага на Суматре. Там были сняты все громоотводы по
приказу совета Ост-Индской компании, придерживавшегося того
16

мнения, что громоотвод не устраняет, а, напротив, усугубляет
опасность подвергнуться удару молнии.
Мы перечислили только наиболее известные случаи разруше¬
ний, вызванных молнией. Однако интересно отметить, что многие
знаменитые здания не испытали разрушительного действия мол¬
нии. Их защищали своеобразные молниеотводы, которыми слу¬
чайно, сами того не ведая, снабдили их строители. Так, напри-
мерг Иерусалимский храм, воздвигнутый еще Соломоном, ни
разу на протяжении десяти столетий, как сообщает востоковед
ЛЛикаэлис в письмах к Лихтенбургу (1783 г.), не страдал от мол¬
нии. Из описаний известно, что после реконструкции при Ироде
он как изнутри, так и снаружи был выложен листами, по увере¬
нию историка Иосифа Флавия, чистого золота, но скорее какого-
то другого материала, покрытого позолотой. Кроме того, купол
храма был снабжен железными шипами, предназначавшимися,
по всей вероятности, для того, чтобы отпугивать птиц (или воров).
По водосточным трубам дождь с крыши стекал в железные ци¬
стерны. Едва ли можно придумать более совершенную систему
защиты здания от молнии! Если же принять во внимание, что
древние историки отмечали все случаи разрушений обществен¬
ных зданий от молнии, их молчание по поводу Иерусалимского
храма явно говорит о том, что он был превосходно от нее защи¬
щен.
Другое строение, остававшееся невредимым, хотя все окре¬
стные церкви неизменно страдали от грозовых разрядов,— Лон¬
донский монумент, воздвигнутый в 1677 г. в память о Великом
пожаре. Случилось так, что его строители, сами того не подозре¬
вая, снабдили его превосходным громоотводом. На вершине па¬
мятника установлена чаша, окруженная металлическими листьями,
символизирующими языки пламени. Эта чаша укреплена желез¬
ными стержнями, соединяющимися с железной лестницей, пе¬
рила которой идут до самого низа. Несмотря на значительную
высоту — свыше 60 м — монумент ни разу не пострадал от
молнии.
Другое интересное в этом отношении здание — Женевский
собор, самое высокое в городе строение, с центральной деревян¬
ной башней. В течение трех веков, еще до того, как на нем уста¬
новили громоотвод, этот собор ни разу не пострадал от удара
молнии, тогда как колокольня церкви Св. Жервезы, гораздо
меньшая по высоте, неоднократно оказывалась жертвой молнии
и терпела значительные разрушения. Когда в 1771 г. ученый де
Сосюр заинтересовался причиной «молниеустойчивости», он об¬
наружил, что деревянная башня обшита сверху донизу листами
2
Заказ 3309.
17

внести, которые соединены с землей и мёталличеёкими частями
здания.
Можно привести еще много примеров, когда здание защи¬
щала от молнии покрытая свинцом или каким-нибудь другим ме¬
таллом крыша. Наиболее великолепные постройки римлян, в том
числе храмы Юпитера Капитолийского, Венеры, Весты,
Пантеон и Форум Траяна, были покрыты листами из позолочен¬
ной бронзы, которые, вероятно, в какой-то мере действовали
как молниеотводы. Впоследствии папа Гонориус I (625—638 гг.
н. э.) приказал снять листы с храмов Юпитера и Венеры и по¬
крыть ими базилику собора Св. Петра (в 846 г. они были похи¬
щены сарацинами во время нашествия на Рим).
В средние века крыши важнейших соборов и дворцов крыли
толстыми свинцовыми или медными листами. Такая крыша в те¬
чение шести веков предохраняла от разрушения изумительную
по красоте деревянную фонарную башню Илийского, а также
колокольню Женевского собора. Такая же крыша защищала от
молнии собор Св. Павла, на котором лишь в 1769 г. были уста¬
новлены громоотводы.
До Бенжамена Франклина никто не пытался найти научное
объяснение, почему здания с металлической крышей не страдают
от молнии, тогда как все другие дома, особенно церковные
шпили и колокольни, постоянно разрушаются. Только в 1773 г.
Франклин указал на то, что «здания с крышей из свинца или
иного металла и с металлическими водосточными трубами, дости¬
гающими земли, не боятся молнии. Если молния ударяет в та¬
кое здание, она, не разрушая стены, уходит в землю по метал¬
лическим частям».
Повреждение кораблей молниями
Корабельные мачты притягивают к себе грозовой разряд, и
корабли с деревянными мачтами всегда подвергались особенно
большой опасности. Из отчета сэра Вильяма Сноу Гарриса, кото¬
рый в начале XIX в. собрал интересные сведения, можно полу¬
чить некоторое представление о том, какой огромной опасности
подвергались суда, застигнутые в открытом море грозой. Черпая
информацию из судовых журналов, Гаррис подсчитал, что за пе¬
риод с 1799 по 1815 г., то есть за 16 лет, молния 150 раз пора¬
жала суда. В результате удара молнии линейные корабли и фре¬
гаты потеряли 100 мачт, на каждом восьмом судне значительная
часть оснастки и парусов сгорела при пожарах, 70 моряков по¬
гибло и свыше 130 было ранено. В десяти случаях повреждения
18

были настолько серьёзными, что корабли — ё разгар войны с На¬
полеоном— вышли из строя. Убыток исчислялся в 100 000 фунтов
стерлингов (по тем временам цифра весьма внушительная). Бо¬
лее того, во время гроз несколько судов погибло вместе со всей
командой, а одно из них — «Резистенс», имевшее 44 орудия на
борту, взлетело на воздух.
Гаррис приводит интересные выдержки из судовых журна¬
лов. Так, капитан Бригз (фрегат «Клоринда»), находясь у берегов
Цейлона в 1813 г., записал следующее:
«Часа в три пополудни мы увидели грозовую тучу, прибли¬
жающуюся к нам с наветренной стороны. Я приказал убрать мар¬
сель. Примерно час спустя в судно ударила молния. Грот-мачта
разлетелась на мелкие куски; остался только обломок. Три ма¬
троса убиты и многие ранены».
В январе 1786 г. фрегат «Тизба» по пути из Лиссабона в Анг¬
лию попал в сильную грозу у островов Силли (юго-западная
Англия). От молнии, попавшей в грот-мачту, загорелись паруса и
оснастка, погнулась фок-мачта, пострадали многие матросы. Что¬
бы как-то расчистить палубу, капитан приказал рубить ванты.
Сильный порыв ветра сбросил за борт всю оснастку вместе с би¬
занью. От судна остался один остов.
Капитан Гейдон, находясь у Плимута, записал в судовом жур¬
нале: «Увидев, что на нас движется шквал, я поставил всех уби¬
рать марсель. Пока команда выполняла приказание, верхушку
мачты поразил огненный шар, убивший двух и ранивший многих
матросов. Более двадцати пострадавших пришлось отправить в
кубрик».
В 1838 г. у южных берегов Сицилии молния ударила в англий¬
ский корабль «Родни» — «один из лучших линейных кораблей».
Разряд разрушил брамсель и, пройдя по мачте, оставил ее «в
плачевном состоянии». Сила удара была так велика, что трина¬
дцать железных обручей, охватывающих мачту, оказались сорван¬
ными.
Мы заканчиваем рассказ о повреждениях, причиненных мол¬
нией судам королевского флота. Кроме отчета Гарриса, автор
этой книги не знает сводных работ о последствиях удара молнии
в деревянные суда в те времена, когда еще не устанавливали
громоотводов. Тем не менее молния всегда считалась опасней¬
шим врагом деревянных флотилий.

2
БЕНЖАМЕН ФРАНКЛИН
ИЗОБРЕТАЕТ ГРОМООТВОД
Eripuit coelo fuletn sceptrumque
tyrannis Тюрго 1 (Он похитил молнию у
неба и скипетр у тиранов.)
Франклин любил запускать змей. А
что может быть смешнее квакера, запу¬
скающего змей. (Бетси Тротвуд из «Дэ¬
вида Копперфилда».)
В 1600 г. Уильям Гилберт, лейб-медик английской королевы
Елизаветы I, произвел первые опыты с электричеством. Веще¬
ства, которые, как янтарь и стекло, если их потереть, приобре¬
тают свойство притягивать легкие предметы, он назвал «электри¬
ческими» (от греческого слова «электрон», означающего «ян¬
тарь»). В следующие 150 лет эта область науки почти не разви¬
валась, и, хотя различные естествоиспытатели, в том числе и Исаак
Ньютон, не обходили ее вниманием, настоящее движение вперед
началось с тех пор, как была создана машина для получения
электричества при помощи трения. Цилиндр или шар, сделанные
из стекла или серы, вращали вручную. Заряды возникали, когда
к вращающемуся телу прижимали кусок кожи.
В 1746 г. жителю города Филадельфии Бенжамену Франк¬
лину, преуспевающему типографу и издателю, исполнилось
40 лет. К этому времени он получил возможность наконец за¬
няться экспериментами и философскими размышлениями. Он
приобрел несколько приборов у доктора Спенса, который в свою
очередь привез их из Шотландии, и, пользуясь ими, а также
электростатической машиной собственной конструкции, поставил
ряд опытов. Эти опыты совпали с другим важным событием: в
январе этого же 1746 г. Питер ван Мушенброк из Лейдена изо- 1
1 Тюрго А. Ф. Ж. (1727—1781 гг.) — французский государственный дея¬
тель и экономист.— Прим, перев.
20

брел свою знаменитую лейденскую банку — стеклянный сосуд,
покрытый изнутри и снаружи оловянной фольгой. Это был пер¬
вый электрический конденсатор — в нем накапливались (конден¬
сировались) и некоторое время сохранялись электрические за¬
ряды.
Трудно себе представить опыты по изучению «электрической
жидкости» без лейденской банки. Вооруженные этим конденса¬
тором и электростатической машиной, Франклин и группа его
друзей сделали несколько выдающихся открытий в области элек¬
тричества. Не кто иной, как Франклин, определил причину «кон¬
денсирующих» свойств лейденской банки, и именно ему мы обя¬
заны введением терминов «положительный» и «отрицательный»
заряд, которыми мы продолжаем пользоваться и поныне. Однако
мировую известность ему принесли исследования вопроса о том,
каким образом стекает заряд с наэлектризованных тел через ост¬
рия, или, иными словами, как острия разряжают эти тела. На ос¬
новании опытов он обнаружил явление, известное под названием
металлической «гребенки» и широко используемое в промыш¬
ленных высоковольтных установках. Наконец, наблюдая электри¬
ческий разряд с заостренного металлического стержня, Франк¬
лин пришел к мысли о громоотводе.
Сначала Франклин и его друзья организовали «Клуб кожа¬
ных передников», так как все, кто входил в него, добывали сред¬
ства на жизнь трудом. Позднее этот клуб, переименованный в
«Юнтос», положил начало американскому философскому обще¬
ству. Успешной деятельности общества немало способствовал
лондонский купец, квакер Питер Коллинсон, снабжавший амери¬
канских экспериментаторов приборами и сообщавший им о по¬
следних достижениях своих соотечественников.
С помощью электростатической машины удавалось получать
электрическую искру длиной несколько сантиметров. Электроста¬
тическая машина Франклина, вероятно, в какой-то степени усо¬
вершенствованная, хранится в Франклиновском институте в Фи¬
ладельфии (рис. 1). Многие исследователи, ставившие опыты с
такими машинами, в том числе и Ньютон, указывали на сходство
между короткими электрическими искрами и грозовыми разря¬
дами. Франклин пришел к тому же выводу. Он установил двена¬
дцать общих свойств, в частности, что и электрические искры и
грозовые разряды «убивают животных». Франклин не только с
величайшей церемонией умертвил однажды на пикнике электри¬
ческим разрядом индюка, но как-то чуть было не убил самого
себя. К этому перечню свойств он добавил: «Электрическая жид¬
кость притягивается острием. Мы не знаем, обладает ли тем же
21

Рис. 1. Электростатическая машина Франклина.
свойством молния. Но если все остальные свойства молнии и
электрической искры, которые нам удалось сравнить, совпадают,
почему бы не предположить, что совпадает и это? Поставим же
опыт». Таким образом, Франклин первый перешел от рассужде¬
ний об этом предмете к опытному его изучению, пытаясь экспе¬
риментальным путем выяснить вопрос, «наэлектризованы ли гро¬
зовые облака, несущие молнию».
22

О том, каким способом можно получить ответ на этот воп¬
рос, Франклин рассказал в письме Королевскому обществу в
1750 г.: «Наверху какой-нибудь высокой башни или колокольни
нужно укрепить достаточно вместительную сторожевую будку,
чтобы в ней можно было поместить человека и электрическую
(изолирующую) подставку. Через середину подставки должен
проходить железный прут с изгибом для вывода через дверь и
вверх на двадцать — тридцать футов, снабженный на конце очень
тонким острием. Если электрическую подставку хранить сухой и
чистой, то человек, вставший на нее, когда над ним на неболь¬
шой высоте проходят облака, мог бы быть наэлектризован и стал
бы испускать искры за счет огня, отводимого прутком из тучи.
23

Если хотят предотвратить всякую опасность для этого человека
(хотя, по-моему, никакой опасности не возникнет), он должен
сойти с подставки на пол будки и время от времени подносить к
прутку, держась за сургучную рукоятку, проволочную петлю,
один конец которой соединен со свинцовой крышей. Таким об¬
разом, искры, если пруток наэлектризован, будут ударять с прут¬
ка в проволоку, не причиняя этому человеку никакого вреда».
Впоследствии мы объясним, зачем Франклину понадобился
этот опыт.
Когда над изолированным куском металла — железным
стержнем (прутком) — нависает грозовое облако, несущее за¬
ряды какого-либо одного знака (предположим, отрицательные),
заряды на стержне разделяются: противоположного знака (поло¬
жительные) притягиваются к верхнему концу первоначально не-
наэлектризованного стержня, а одноименные (отрицательные)
уходят к нижнему его концу (рис. 2). Это явление называется
электрической индукцией. Если напряженность электрического
поля достаточно велика, с верхнего конца стержня начнет сте¬
кать часть заряда, который, подымаясь вверх, нейтрализует не¬
которую долю зарядов на нижней границе облака. Возникнет
слабый тлеющий разряд. Электричество в этом потоке перено¬
сится частицами газов, входящих в состав воздуха. В данном слу¬
чае частицы заряжены положительно и притягиваются отрица¬
тельно заряженным основанием облака. Заряженные частицы на¬
зываются ионами. О том, как они образуются и как ведут себя,
будет рассказано в главе 5. В лабораторных опытах, подобных
тем, которые проводил Франклин, тлеющий разряд можно уси¬
лить, снабдив железный стержень острием. Процесс будет про¬
должаться до тех пор, пока стержень не приобретет значитель¬
ный заряд того же знака, что и нижняя часть облака. В экспери¬
ментах Франклина облако не разряжалось, но результат был та¬
ким, как если бы оно разряжалось.
Если же стержень не изолировать, а напротив, заземлить
(рис. 3), то отрицательные заряды оттолкнутся и уйдут на боль¬
шое расстояние, и все время, пока облако будет находиться над
стержнем, с него будет стекать положительное электричество.
Когда Франклин впервые предложил этот опыт, в Филадель¬
фии не было достаточно высокого шпиля. Пришлось ждать бла¬
гоприятного случая. В Англии его предложение установить мол¬
ниеотводы не было принято, зато во Франции, где с большим
интересом следили за всеми «филадельфийскими опытами», фи¬
зик Далибар с одобрения великого естествоиспытателя Бюффона
решил использовать идеи Франклина, но обойтись без высокой
24

башни. Закрепив конец стержня длиной 13 м в стеклянной бу¬
тыли, служащей изолятором, он привязал бутыль шелковой лен¬
той к деревянному шесту. Все это сооружение он установил
вблизи Парижа, в Марли, поручив заботам отставного солдата
Куафье. 10 мая 1752 г. во время грозы Куафье, поднося к стерж¬
ню заземленную проволоку, получил поток электрических искр.
Посмотреть на такое чудо сбежалась вся деревня. Настоятель
Марлийского прихода сообщил Далибару, что опыт повторяли
шесть раз в течение примерно четырех минут и каждый опыт за¬
нимал не больше времени, чем требуется для прочтения «Отче
наш» и «Богородица» (примитивный, но испытанный способ из¬
мерять время). Так было получено неопровержимое доказатель¬
ство того, что грозовые облака заряжены электричеством. Изве¬
25

стный английский философ и естествоиспытатель Пристли назвал
этот опыт «величайшим из открытий, сделанных со времени Исаа¬
ка Ньютона». Впечатление было ошеломляющим. Пожалуй, оно
сравнимо только с впечатлением, которое произвел на челове¬
чество впоследствии взрыв атомной бомбы.
Эксперимент стал широко известен. Его поспешили повто¬
рить в Париже и Лондоне. Франклина, еще ничего не знавшего
о нем, в Европе уже называли Прометеем — ведь он научил лю¬
дей похищать у неба электрический огонь.
Тем временем Франклин за неимением высокой башни, без
которой, как ему казалось, опыт не удастся, решил испробовать
бумажный змей. Он не оставил описания этого исторического
эпизода, но Джозеф Пристли, слышавший всю историю от самого
Франклина, рассказал следующее:
«Приготовив большой шелковый платок и крестовину из двух
палок достаточной длины, чтобы растянуть на них платок, Франк¬
лин стал ждать грозы... Змей поднялся в воздух. Прошло немало
времени, а каких-либо признаков электризации змея не было.
Наконец, когда надежда на успех опыта, казалось, уже исчезла,
Франклин увидел, что ворсинки на пеньковой бечеве, к которой
был привязан змей, встали дыбом, словно они находятся на про¬
воднике. Обрадованный этим явлением, он тотчас приблизил па¬
лец к ключу (он свисал с бечевы, которая оканчивалась изоли¬
рующей шелковой лентой),— и с ключа потекли электрические
искры!.. Предоставим же читателю самому судить о том, какое
чувство испытал Франклин, когда понял, что совершил откры¬
тие... Это произошло в июне 1752 года, через месяц после того,
как во Франции его теория была подтверждена, о чем он в то
время еще не знал».
Франклин не принадлежал к числу дилетантов. Он понимал,
что следующая ступень исследования — определить знак электри¬
ческого заряда облака. К сентябрю 1752 г. на крыше его дома в
Филадельфии стоял стержень, соединенный с железным насосом
при помощи изолированной проволоки, спускавшейся по стене.
Так Франклин заземлил стержень. «Против двери, ведущей в
мою комнату,— писал он,— проволока раздваивалась; на концах
ее, расходившихся сантиметров на пятнадцать, были укреплены
колокольчики, а между ними на шелковой нитке подвешен брон¬
зовый шарик, который должен был раскачиваться и ударять по
колокольчикам, когда над домом проходили заряженные элект¬
ричеством облака». Этот электрический звонок, изобретенный
Франклином в 1752 г., «сообщал, когда стержень наэлектризует¬
ся». Франклин приготовил две лейденские банки: в одной дол¬
26

жен был накапливаться заряд, стекавший со стержня, а в дру¬
гой — заряд известного знака, получаемый при трении стеклян¬
ного стержня шелком. С помощью электроскопа — прибора, со¬
стоящего из пробкового шарика, подвешенного на шелковой
нитке, можно было определить знак заряда, полученного от
стержня на крыше, сравнивая его с зарядом известного знака во
второй лейденской банке.
Вот как Франклин рассказывал о своем опыте:
«Наконец 12 апреля 1753 г. разразилась довольно сильная
гроза, продолжавшаяся длительное время, так что я очень хо¬
рошо зарядил одну банку молнией, а другую в такой же степени,
насколько я мог судить, электричеством из моего стеклянного
шара, и, поставив их должным образом на стол, я, к удивлению
своему и радости, увидел, что пробковый шарик стал проворно
перелетать от одной банки к другой. Это убедило меня в том, что
одна банка (получившая заряд от молнии) была заряжена от¬
рицательно. Я неоднократно повторял этот опыт во время той
грозы и восьми последующих с тем же самым непременным ус¬
пехом и, считая, что стеклянный шар электризует положительно,
сделал вывод, что облака всегда наэлектризованы отрицатель¬
но... 6 июня попалось одно облако, заряженное положительно,
хотя несколько других, прошедших надо мной во время этой же
грозы, несли отрицательный заряд... Отсюда я делаю вывод, что
грозовые облака чаще всего бывают в отри¬
цательном состоянии электричества, но иногда
наблюдается и положительное состояни е».
«Удивление и радость» Франклина, убедившегося в успеш¬
ном результате эксперимента, были вполне оправданны. Экспери¬
мент был проведен по великолепному плану, составленному пос¬
ле многолетних раздумий и, несомненно, учитывающему опасно¬
сти, которые связаны с исследованием атмосферного электриче¬
ства; он дал ответ на вопрос, как заряжено облако — положи¬
тельным или отрицательным электричеством. В течение 170 лет
вывод Франклина (выделен выше шрифтом) — единственный от¬
вет на этот вопрос. И в наше время он остается в силе, разве
что вместо «грозовые облака» мы сегодня скажем «основания
грозовых облаков» !.
Однако Франклин ставил все новые задачи. В том же году
(1750), когда был предложен опыт с грозовым электричеством,
он впервые писал и о громоотводе:
1 В настоящее время установлено, что основания грозовых облаков
и их вершины несут заряды, почти равные по величине, по противополож¬
ные по знаку.— Прим, перев.
21

«Нельзя ли обратить на пользу человечеству то, что известно
о свойстве заостренных предметов, и защищать с их помощью
дома, церкви, суда и т. п. от молнии? Надо только установить на
самых высоких частях этих зданий вертикальные железные стерж¬
ни (заостренные на конце, как иглы, и позолоченные, чтобы не
ржавели), а от их основания опустить проволоку по стене здания
до земли или по одному из вантов и обшивке корабля до
воды.
Не отведут ли эти острия электрический огонь из облака
прежде чем оно приблизится, и тем самым не предохранят ли
они нас от бедствия, самого внезапного и ужасного из
всех?»
Спустя три года в Филадельфии был установлен первый гро¬
моотвод: ранее изолированный стержень (см. рис. 2) теперь со¬
единили с землей (см. рис. 3). По мнению Франклина, действие
громоотвода будет эффективным, если разряд между его ост¬
рием и облаком сможет в достаточной степени нейтрализовать
заряд облака. В лабораторных опытах Франклина заземленные
металлические острия неизменно нейтрализовали все находя¬
щиеся вблизи них наэлектризованные тела. Но предложение про¬
делать то же самое в естественных условиях — заставить жалкий
стерженек длиной несколько сантиметров разрядить грозовое
облако протяженностью несколько километров — казалось неве¬
роятно дерзким.
Механизм действия громоотвода не совсем таков, каким его
представлял себе Франклин. Одиночное острие (или даже мно¬
жество острий, как, например, верхушки деревьев в лесу или
шпили и трубы в городе) не оказывает сколько-нибудь серьез¬
ного влияния на заряд проходящих над ним грозовых облаков.
Однако громоотвод обладает свойством «притягивать к себе
молнию» (об этом будет рассказано в главе 5) и может отвести
грозовой разряд в землю, предохранив от разрушения здание,
на котором установлен.
Вопрос о том, нейтрализует ли громоотвод заряд облака или
притягивает к себе молнию, вызвал множество споров. Интерес¬
но, что сам Франклин не пытался решать его. В ежегодно выпу¬
скаемом альманахе и календаре важнейших событий — Альма¬
нахе Бедного Ричарда, пользовавшемся огромной популярностью
(на его страницах появились многие франклиновские афоризмы и
мысли), Франклин в 1753 г. писал следующее:
«Богу было угодно по доброте своей открыть наконец лю¬
дям способ, как предохранять жилища и другие здания от бед¬
28

ствий, чинимых грозой и молнией. Способ этот таков: возьми
тонкий железный стержень (каким, например, пользуются гвоз¬
дильщики) длиною, достаточной для того, чтобы три-четыре
фута с одного конца опустить во влажную землю, а шесть-во¬
семь с другого поднять над самой высокой частью здания.
К верхнему концу стержня прикрепи медную проволоку длиною
в фут и толщиною с вязальную спицу, заостренную, как игла.
Стержень можно прикрепить к стене дома бечевой (шнуром).
На высоком доме или амбаре можно поставить два стержня, по
одному на каждом конце, и соединить их протянутой над конь¬
ком крыши проволокой. Дому, защищенному таким устройством,
молния не страшна, так как острие будет притягивать ее
к себе и отводить п о метал л ичес к ому стержню
в з е м л ю и она уже никому не причинит вреда. Точно так же
и суда, на верхушке мачты которых прикреплено острие с про¬
волокой, спускающейся вниз на палубу, а затем по одному
из вантов и обшивке в воду, будут предохранены от мол¬
нии».
Текст этого замечательного предложения был помещен ме¬
жду двумя объявлениями, сообщающими о дне и месте собрания
квакеров и о заседании суда.
Здесь, как видно из строчек, выделенных автором, Франк¬
лин явно склонен считать, что действие громоотвода состоит в
«притяжении» молнии. Однако в статье, опубликованной в 1767 г.,
то есть 14 лет спустя, он уже не был столь уверен в этом. «За¬
остренный таким образом пруток,— писал он,— либо предот¬
вращает удар молнии из облака, либо же при
удареотводит его в землю безущерба для зда-
н и я».
Вопрос этот так и не был разрешен в течение следующих
150 лет. Однако необходимо было решить и другой вопрос, имев¬
ший непосредственное практическое значение: притягивает ли
громоотвод электрический разряд только к себе или же и к тому
месту, где он установлен? В последнем случае громоотвод, вме¬
сто того чтобы защищать от молнии, может навлечь беду. Вид¬
нейшие экспериментаторы того времени сомневались в пользе
громоотвода. Франклин, считали некоторые, без достаточных ос¬
нований возлагает радужные надежды на свойство громоотвода
притягивать к себе молнию. Они с жаром убеждали своих сооте¬
чественников в неразумности этой затеи. К счастью, Франклин
обладал достаточным мужеством, чтобы ставить опыты, и доста¬
точной энергией и умением убеждать, чтобы заставить других
следовать его примеру.
29

Первые громоотводы
Альманах Бедного Ричарда имел по тем временам огромный
ТИраж— 10 000 экземпляров в год — и был широко известен. На¬
чиная с 1752 г. «франклиновские стержни» получили распростра¬
нение во многих городах Америки. Замечательно, что именно в
Филадельфии в 1760 г. было продемонстрировано защитное дей¬
ствие громоотвода: франклиновский стержень спас дом купца
Уеста от неминуемого пожара вследствие прямого попадания
молнии. В том же году громоотвод сослужил добрую службу хо¬
зяину дома уже в Чарлстоуне. К 1764 г. в Америке громоотводы
были установлены на большинстве церквей и зданий, хотя мно¬
гие все еще считали это изобретение неблагочестивым, а некий
бостонский проповедник даже заявил, что оно явилось причиной
землетрясения в Массачусетсе. В дом самого Франклина молния
попала только в 1787 г., когда ему шел 81 год, и громоотвод ис¬
правно отвел разряд в землю.
В Англии новое приспособление признали в 1760 г., когда на
Эддистонском маяке, деревянном строении, только что постра¬
давшем от пожара, вызванного молнией, установили громоотвод.
Первый английский частный дом, на котором в 1762 г. появился
громоотвод, принадлежал доктору Уотсону из Пейсхилла. Хотя
все еще не утихали споры, разумно ли предохранять дома от
молнии заостренными железными стержнями, успешный опыт
американцев убедил англичан, и на многих общественных зда¬
ниях появились эти сооружения. В 1769 г., после того как церковь
Сент-Брайдз в Лондоне сильно пострадала от молнии, настоятель
и капитул собора Св. Павла обратились к Королевскому обще¬
ству с просьбой указать, как наилучшим образом установить гро¬
моотвод на их соборе. В комитет, созданный при Королевском
обществе для решения этого вопроса, наряду с Бенжаменом
Франклином, входил также Бенжамен Уилсон, ярый противник
заостренных стержней,— он считал, что острия способны лишь
притягивать молнию. Поэтому в ответе, последовавшем от коми¬
тета, об острие не было сказано ни слова. Комитет просто пред¬
лагал металлическую проволоку от креста на верхнем фонаре
опустить на свинцовую крышу большого купола, с тем чтобы да¬
лее проводниками служили водосточные трубы, достигающие
земли. Установленный в 1769 г. стержень тремя годами позже
благополучно отвел от собора молнию.
Как уже говорилось, в 1772 г. в Брешии взорвались порохо¬
вые склады. Теперь уже британское правительство обратилось к
Королевскому обществу. Оно просило дать указания, как уста-
30

повить громоотводы в Перфлите, где находились правительствен¬
ные пороховые склады, ничем не защищенные от молнии. В ко¬
митет по-прежнему входили Франклин, Кавендиш и Бенжамен
Уилсон, который выступил со специальным докладом против ис¬
пользования заостренных стержней в качестве громоотводов.
Тем не менее франклиновские стержни были установлены. К не¬
счастью, молния, попавшая вскоре в склад, все-таки причинила
ему незначительные повреждения. И хотя взрыва не последо¬
вало, этот случай послужил поводом к усилению и без того жар¬
ких споров о пользе или вреде громоотводов. Причина, по кото¬
рой громоотвод в этом случае не оказал должного защитного
действия, будет рассмотрена в главе 6.
Первый громоотвод во Франции поставил в 1773 г. профес¬
сор де Морико на здании Дижонской академии наук. Однако это
новшество не сразу получило распространение, главным образом
из-за противодействия профессора Сорбонны аббата Нолле, ко¬
торый считал, что свойство стержня притягивать молнию может
причинить скорее вред, чем пользу.
В одном из второстепенных эпизодов борьбы за внедрение
громоотводов во Франции появляется интересная историческая
фигура. В 1780 г. Виссери де Буа Валле установил громоотвод на
крыше своего дома в Сент-Омере. Соседи потребовали снять же¬
лезный стержень, добившись соответствующего решения в мест¬
ном суде. Однако адвокат господина де Буа Валле перенес дело
в следующую инстанцию и выиграл его. Этим адвокатом был не
кто иной, как Робеспьер (увековеченный Карлейлем в его «Фран¬
цузской революции» как неподкупный).
Первый громоотвод в Германии был установлен на доме док¬
тора Реймаруса в Гамбурге, а двенадцать лет спустя в районе
этого города уже 226 зданий были защищены от молнии желез¬
ными стержнями.
Тупоконечники против остроконечников
М-р. Стрэхен,
...Вы теперь мой враг,
А
я
Ваш.
Б. Франклин
(Неотосланное письмо Б. Франклина м-ру
У. Стрэхену, Лондон, 1775 г.)
Открытия Франклина а области электричества получали все
большее признание, однако некоторые ученые мужи в Европе, и
в особенности член Королевского общества Бенжамен Уилсон,
31

резко возражали против использования остроконечных громоот¬
водов. Уилсон писал:
«Я считаю, что каждое острие как таковое притягивает к себе
молнию и тем самым не только увеличивает количество электри¬
ческих разрядов, но и часто вызывает их, когда могло бы и не
быть. Мы, возможно, способствуем тому злу, избежать которого
стремимся. Если же вместо заостренных ставить стержни с ту¬
пыми концами, то они отведут удар молнии с той же эффектив¬
ностью и, кроме того, не будут усиливать разряд или вызывать
его».
С этого выступления Уилсона, как указывает Уелд в «Истории
Королевского общества», начался великий научный спор между
сторонниками тупого, закругленного, и острого концов. В 1776 г.
североамериканские колонии провозгласили «Декларацию неза¬
висимости». Франклин входил в состав комитета, подготовившего
текст этого документа.
Как уже говорилось, пороховые склады в Перфлите, защи¬
щенные по совету Франклина остроконечным громоотводом, в
1772 г. не избежали удара молнии, который причинил им незна¬
чительные повреждения. В итоге дискуссия о достоинствах и не¬
достатках остроконечного громоотвода приобрела политический
характер. Король Англии Георг III приказал снять остроконечные
стержни не только с пороховых складов в Перфлите, но и с
Сент-Джеймского дворца, а Ост-Индская компания поспешила
убрать громоотводы со своих пороховых складов на Суматре,
один из которых вскоре после этого при прямом попадании мол¬
нии взлетел на воздух.
Устанавливать громоотвод без достаточного опыта было дей¬
ствительно опасно, так как он, вызывая на себя слишком много
разрядов, мог не обеспечить безопасность складов. Поэтому
Уилсон, некоторым образом ответственный за охрану пороховых
складов как консультант при артиллерийском управлении, занялся
изучением эффективности действия громоотвода на макетах. На¬
электризованное «облако» более 50 м в длину и около 50 см в
ширину было подвешено на шелковых шнурах к потолку модного
в то время танцевального зала в Лондоне на Оксфорд стрит
(место столь популярное, что его посещал сам великий лексико¬
граф Самуэль Джонсон — эталон благонравия и хорошего тона).
Результаты опытов на макетах неприменимы (как нам теперь из¬
вестно) к разряду в естественных условиях. Однако Уилсону и
артиллерийскому управлению опыты показались убедительными:
они подтверждали предположение, что громоотводы — вещь
опасная. А король Георг III даже сказал по этому поводу, что
32

такие опыты убедили бы «даже торговку яблоками из Ковент
Гардена».
«У меня нет личной заинтересованности в том,— писал
Франклин из Парижа, где он представлял Американский кон¬
гресс, находившийся тогда в состоянии войны с Британией,— что¬
бы мир принял мои изобретения. Я никогда не получал и не рас¬
считывал получить от них выгоду. То, что король заменил остро¬
конечные проводники стержнями с тупыми закругленными голов¬
ками, не имеет для меня существенного значения. Правда, я
предпочел бы, чтобы он вообще отказался от громоотводов за
ненадобностью. Ибо, только полагая, что ему и его семье не гро¬
зят громы небесные, он мог осмелиться метать собственные
громы в своих ни в чем не повинных подданных».
Вскоре на сторонников остроконечных стержней стали смот¬
реть чуть ли не как на повстанцев из американских колоний и
считать мятежниками. «Широкие слои населения и высшие клас¬
сы» вмешивались в научный спор, ничего толком о предмете
спора не зная. Георг III попытался заставить Королевское обще¬
ство отказаться от решения, рекомендовавшего остроконечные
проводники и принятого после долгих и жарких споров. Его ве¬
личество удостоил беседой президента Общества сэра Джона
Прингла, кстати, друга Франклина, и «настойчиво убеждал» его
использовать свое влияние для поддержки тупоконечного громо¬
отвода Уилсона. Прингл отвечал, «что его долг, равно как и же¬
лание, всеми силами стараться исполнять приказы его величества,
но не в его власти изменить законы природы». Вскоре после этой
беседы кто-то из друзей Франклина составил следующие стихи *.
Метая громы против сил природы
И на головы всех мятежных сил,
Георг, ты притупил громоотводы,
В то время как Франклин их заострил.
Для Англии провал тут вышел полный;
Американец был мудрее нас:
Он заострил их для отвода молний.
Ты притупил их для отвода глаз.
Бенжамен Уилсон был не единственным серьезным против¬
ником Франклина. Аббат Нолле превзошел его. В своей памятной
записке, доложенной на заседании Парижской академии наук, он
заявил, что «все эти железные острия... скорее способны навлечь
молнию, чем уберечь от нее, и... что сама идея рассеивать гро¬
зовой заряд облака остриями антинаучна».
Эксперимент в Марли принес Франклину добрую славу и до¬
верие у широкого населения в вопросе о громоотводе. «Многие
1 Здесь на стр. 127 стихи в переводе В. Васильева.
3
Заказ 3309.
33

считают,— писал Нолле,— что, путешествуя по стране, можно за¬
щитить себя от разряда молнии, если держать над головой
меч.
Священникам не положено носить мечи, поэтому они на¬
чинают роптать, что из-за отсутствия оных они подвергеются
большой опасности».
Большая часть споров, как отмечал Норман Кэмпбелл, отно¬
сительно того, что собой представляет свет—волны или частицы,
кончается утешительным выводом о правоте обеих сторон. Дис¬
куссия о громоотводе — не исключение. Аббат Нолле был совер¬
шенно прав, утверждая, что остроконечные проводники не ока¬
зывают никакого влияния на заряд грозового облака; прав был
и Уилсон, считая громоотводы с тупым концом ничуть не хуже
громоотводов с острым концом. Но и тот и другой ошибались,
полагая, что способность громоотвода притягивать к себе элект¬
ричество может принести вред. Опыт двух столетий показал:
именно благодаря этому свойству металлический стержень пре¬
дохраняет здание от разрушительного действия молнии в преде¬
лах определенного радиуса. Как это происходит — вопрос, на ко¬
торый мы постараемся дать ответ в следующей главе. Последнее
слово, как мы увидим, осталось за Франклином: «Я придержи¬
ваюсь мнения, что поток электрической жидкости, и едящий из
облака, при каждом разряде будет значительно отклоняться от
своего направления при наличии хороших проводнике в и что по¬
этому он фактически перемещается спокойно, без разряда,— по
проводникам и между ними».
Пытаясь доказать целесообразность применения острий, ис¬
следователи неоднократно повторяли опыты Франклина со стерж¬
нем и змеем. Чтобы установить, какой конец лучше — тупой, за¬
кругленный или острый, в небо запускались змеи самых разно¬
образных конструкций. Однако на основании таких опытов
нельзя было сделать однозначных выводов. К тому же они были
весьма опасны, в чем де Ромас, судья из Нерака (Гаскония), имел
однажды случай убедиться: при заземлении змея, длина которого
была 2 м, он наблюдал искру длиной 3 м, «наделавшую шуму
больше пушки». Грозовые облака создают электрические за¬
ряды и напряжение, намного большие, чем электростатическая
машина, которую Франклин и его друзья забавы ради использо¬
вали, чтобы «ударить» друг друга, с ее же помощью король
Людовик XVI напугал 200 картезианских монахов, стоявших перед
ним, взявшись за руки; она же в 1753 г. убила в Петербурге про¬
фессора Рихмана, производившего опыты с изолированным гро¬
моотводом во время грозы.
34

Франклинизм
Несмотря на споры между научными академиями, в Америке
и Европе осваивали новую систему защиты от молнии. В 1770 г.
в Филадельфии молния поразила три дома и торговое судно, но
избежал пожара и разрушений только тот дом, на котором стоял
громоотвод. На Сиенском соборе, неоднократно подвергавшемся
ударам молнии, в МП г. установили громоотвод и грозовой раз¬
ряд, попав в здание, не нанес ему ни малейшего ущерба. Цер¬
ковь в Оринисе (Австрия), которую так часто разрушали молнии,
что летом ею даже боялись пользоваться (ее шпиль дважды за¬
ново отстраивали на протяжении шести лет), после установления
громоотвода стала неуязвимой. Колокольня собора Св. Марка в
Венеции также перестала подвергаться частым повреждениям.
Эти и множество других примеров действия франклиновского
стержня не могли не повлиять на общественное мнение.
Появление громоотводов стало огромным, историческим по
своему значению событием. Впервые открытия в области элект¬
ричества были применены на практике. И это после того, как це¬
лое столетие, если не более, люди лишь играли с электричест¬
вом — натирали стекло и янтарные палочки, забавлялись электро¬
скопом и лейденской банкой. Электрической батареи, электриче¬
ского тока в том виде, какими мы их знаем сегодня, тогда еще не
было и в помине. Только в 1786 г. Гальвани (Италия) обнаружил
ток, наблюдая, как дергаются лапки лягушки, помещенной на ме¬
таллическую пластинку, и только в 1799 г. Вольта создал первую
электрическую батарею. Изобретение Франклина (величие идеи,
заложенной в изобретении, и практическая ценность ее) вызвало
справедливое восхищение. Он похитил скипетр не только у анг¬
лийского короля Георга III, но и у самого Юпитера.
Дальнейшая история громоотвода содержит немало курье¬
зов, связанных во многом с неразумным усердием ревностных
сторонников Франклина. Так, д-р Реймарус, самый ярый защитник
громоотвода в Германии, авторитетно утверждал, что металли¬
ческий стержень не следует заземлять глубоко; по его мнению,
это было не только бесцельно, но и просто вредно. Прохожде¬
ние молнии через дерево, рассуждал он, ссылаясь на многочис¬
ленные наблюдения, вызывает внезапное испарение содержа¬
щейся в нем воды. Вследствие этого происходит взрыв и расщеп¬
ление дерева. Громоотвод, опущенный на значительную глубину
в сырую землю, может также вызвать образование пара и спро¬
воцировать взрыв. Поэтому он советовал заземлять громоотвод
в верхних, более сухих слоях почвы. В Германии не замедлили
35

последовать этому совету, и тысячи громоотводов были установ¬
лены неправильно. Эта опасная практика плохого заземления
громоотводов существовала в Германии вплоть до конца
XIX в.
Что касается Бенжамена Уилсона, то он настолько боялся
остроконечного стержня, притягивающего электричество, что в
1764 г. увещевал своих сограждан ни в коем случае не поднимать
стержень над зданием, а доводить его лишь до крыши (причем
стержень, разумеется, должен был иметь не острый, а тупой ко¬
нец). Другие, считая, что силу притяжения стержня можно обра¬
тить в противоположно направленную силу, способную отвести
молнию, советовали надевать на конец стержня стеклянные ша¬
рики. Такие шарики были надеты на стержень, на котором вра¬
щался флюгер на шпиле церкви Христа (Англия). Ни к чему хо¬
рошему эта затея не привела: в одну из первых же гроз молния
разрушила шпиль до основания.
«Специалисты» имели блестящую возможность изощряться в
изготовлении и продаже громоотводов самой удивительной и са¬
мой лучшей (с их точки зрения) формы — в виде короны, диа¬
демы, копья и т. д. Один такой знаток приспособился даже соз¬
давать громоотводы с направленными вниз к основанию стержня
остриями, что, по его мнению, содействовало наиболее эффек¬
тивному отводу электрического тока в землю.
В Англии лорд Магон отстаивал громоотвод с несколькими
остриями, позволяющими, как ему казалось, наиболее эффек¬
тивно разряжать грозовые облака.
Подобные громоотводы — огромные франклиновские стерж¬
ни со множеством острий, получившие название электрической
ниагары,— появились в различных районах Франции. Предпола¬
галось, что они не только отведут грозу от посевов, но и предот¬
вратят образование и выпадение града. Однако французское
правительство не поддержало это начинание, хотя сторонников
его было много. Зато в 1778 г. парижские модники обзавелись
молниезащитными средствами: женщины — шляпками (chapeau
paratonnere), мужчины — зонтами (paraplui paratonnere). Эти за¬
бавные предметы, снабженные металлическими цепочками, при
надобности можно было заземлить. В литературе этих лет упо¬
минается «франклиновская постель», которую, наоборот, изоли¬
ровали, подвесив на шелковых шнурах к потолку.
Моравский пастор Прокоп Дивиш в 1754 г., установив на
крыше своего дома в Приндише (Prinditz) разветвленный громо¬
отвод (некоторые полагают, что он предвосхитил изобретение
Франклина), не был столь удачлив и не сумел убедить земляков
36

в полезности своего сооружения. Они разнесли сооружение на
куски, утверждая, что оно накликает на поля засуху.
В 1830 г. Дж. Мари предложил громоотвод в виде трубки с
отверстием у верхнего конца, через которое молния должна
была спуститься в установленный внизу и наполненный водой ка¬
менный резервуар. В результате такого «заземления» — цементи¬
рованная цистерна не имела требуемого соединения с землей —
значительно пострадал маяк в Фекане (Франция), когда в 1867 г.
в него попала молния.
Среди этого бесконечного множества идей две заслуживали
внимания. Во-первых, ценной оказалась мысль заземлять про¬
водник при помощи медной или цинковой пластинки, зарытой в
яме с углем. При таком устройстве заряд беспрепятственно ухо¬
дил в землю. Эта система, широко используемая и в наше время,
впервые была предложена соотечественником Франклина про¬
фессором Патерсоном. Другое его предложение — использовать
для острия громоотвода вместо металла графит — сейчас уже
забыто. Второе полезное усовершенствование — использовать
медные проводники — было внесено английскими исследовате»
лями и применялось в Англии. Однако на континенте еще долгое
время ставили железные проводники.
Употребление меди вызвало дискуссию об относительных
достоинствах трубок и пластинок. Во время этого ученого спора
главный английский эксперт сэр Уильям Сноу Гаррис рассорился
с Майклом Фарадеем. В 1855 г., работая над системой защиты
нового здания парламента, Гаррис использовал в качестве про¬
водника трубки диаметром два дюйма (5 см) и толщиной Ѵв дюй¬
ма (0,3 см), что обошлось в 2000 фунтов стерлингов. К тому же
медные трубки оказались очень хрупкими и неудобными при ус¬
тановке. Тогда Фарадей, указав на то, что нет очевидных причин
считать сплошные пластинки хуже трубок, высказался против та¬
кого нововведения и советовал отказаться от него впредь из-за
дороговизны и крайней непрочности.
Радиус защитного действия громоотвода
По мере распространения системы Франклина сомнения в
том, что громоотвод способен защитить здание от молнии, исче¬
зали. Однако радиус его действия был неизвестен. Сам Франк¬
лин был осторожен в этом вопросе, предоставляя решение опы¬
ту. Лишь в 1833 г. Парижская академия наук в официальном
заявлении, основываясь на шестидесятилетних наблюдениях, пред-
37

ложила считать радиусом действия громоотвода горизонтальное
расстояние, равное двойной высоте надземной части стержня (за¬
кон Шарля). На церковных шпилях длина стержня отмерялась не
от земли, а от крыши основной части здания, радиус действия
громоотвода считался равным этой длине. В 1854 г. Академия
внесла поправку к закону Шарля, заявив, что радиус защитного
действия увеличивается, если крыша церкви или здания имеет
металлическое покрытие. В 1867 г. Академия высказалась против
заостренных стержней, выразив мнение, что острие само по себе
не играет существенной роли.
Вопрос о радиусе защитного действия громоотвода вызвал
много споров. Пожалуй, наиболее конкретные данные привел
Вальтер. В опубликованной им работе разбиралась роль церков¬
ных шпилей и других высоких зданий в защите соседних, более
низких домов в старой части Гамбурга. Все сведения он почерп¬
нул из отчетов страховых компаний, возмещавших убытки вла¬
дельцам домов, которые пострадали от молнии.
С 1912 по 1932 г. эти компании выплатили ссуды 25 домовла¬
дельцам. Только в четырех случаях расстояние между пострадав¬
шими домами и ближайшей церковью было меньше двойной вы¬
соты церковного шпиля и не было ни одного случая, когда бы
молния повредила дом, находящийся от шпиля на расстоянии,
меньше разности его высоты и высоты церковного шпиля.
Современная точка зрения по этому вопросу будет изложена
в главе 6.
Применение громоотводов на деревянных
судах
Как уже сообщалось, сэр У. С. Гаррис неоднократно предла¬
гал снабдить суда громоотводами, чтобы уменьшить тем самым
количество повреждений от молнии. Гаррис был врачом в Пли¬
муте. Но в 38 лет он бросил практику ради изучения электриче¬
ства и впоследствии внес немалый вклад в эту область науки.
Хотя Королевская комиссия рекомендовала устанавливать про¬
водники его системы на судах военного флота, адмиралтейство
всячески этому препятствовало. Капитаны судов тоже не спешили
воспользоваться предлагаемой им защитой. Они уже имели до¬
статочный и весьма печальный опыт: лечение с помощью громо¬
отводов доктора Уотсона оказалось во сто крат хуже самого не¬
дуга. Громоотвод Уотсона, предложенный в 1762 г., представлял
38

собой цепь из медных стержней диаметром 0,6 см, имеющих на
концах отверстия для соединения. Цепь прикреплялась к пень¬
ковому линю и свисала с мачты, уходя в море. Вполне приемле¬
мый теоретически, громоотвод Уотсона на практике оказался
причиной множества бедствий. При сильном ветре из-за него ло¬
мались верхушки мачт и рвалась оснастка; матросы, устанавли¬
вавшие это устройство при приближении грозы, подвергались
опасности погибнуть от молнии, еще не успев укрепить его. Из¬
вестно немало смертных случаев из-за обрыва громоотвода или
из-за того, что его свободный конец не был погружен в море.
Так, во время грозы погибли три матроса, устанавливавшие гро¬
моотвод Уотсона на американском военном судне, шедшем по
Миссисипи. Много аварий произошло по той же причине на фран¬
цузских и английских судах. Нередко звенья цепи оказывались че¬
ресчур тонкими и не выдерживали проходящего по ним тока —
плохой контакт вызывал разряды между громоотводом и судном.
Капитан английского военного судна «Андромаха» сообщал, что
в течение четырех лет «не было дня, чтобы не приходилось чи¬
нить громоотвод». На французских судах для отвода молнии
стали использовать проволочный такелаж. Однако это привело к
тем же печальным результатам.
Гаррис предложил использовать в качестве громоотводов
сами мачты. Вдоль каждой мачты прибивали медные полосы, ко¬
торые затем соединяли с килем, кильсоном или другими метал¬
лическими частями корпуса. Система Гарриса была уже фактиче¬
ски принята в России, а сопротивление своих соотечественников
ему все не удавалось преодолеть. Пока адмиралтейство разду¬
мывало, принять ли во внимание его доводы, только между 1829
и 1843 гг. в результате ударов молнии по крайней мере 47 судам
был нанесен более или менее значительный ущерб.
С развитием строительства судов из железа (1860 г.), с появ¬
лением стальных мачт и корпусов (1880—1890 гг.) исчезает необ¬
ходимость в специальном защитном устройстве от молнии.
К 1870 г. в британском флоте железных судов по общему объему
водоизмещения было в пять раз больше, чем деревянных. С это¬
го времени вопрос о защите судов от молнии утратил первосте¬
пенное значение.
На судах с деревянными мачтами система Гарриса исполь¬
зуется и поныне. И страховые компании настоятельно рекомен¬
дуют ее, особенно в тех случаях, когда судно не оснащено ан¬
тенной, которую во время шторма легко превратить в громоот¬
вод, соединив с металлическим корпусом или металлической пла¬
стиной, прикрепленной ниже ватерлинии.
39

Действие далеких разрядов
и гальванический элемент
Если читатель на минуту вернется к рис. 3, он увидит, что
изображенное на нем наэлектризованное облако создает наве¬
денный (индуцированный) положительный заряд на острие зазем¬
ленного франклиновского стержня. Когда между облаком и ка¬
кой-то точкой земли, более или менее отдаленной от стержня,
возникает разряд, этот индуцированный заряд уходит по стержню
в землю. Если на открытом месте рядом с той точкой, в которую
ударила молния, оказывается человек, то он, сам того не Ведая,
выполняет роль франклиновского стержня. Заряд, индуцирован¬
ный на его шляпе или голове, уходит по его телу, как по провод¬
нику, в землю. Это явление может стать причиной смерти чело¬
века, хотя он и не был непосредственно поражен молнией.
Примерно в 1876 г. итальянский врач Гальвани, изучая подер¬
гивание лапок у анатомированной лягушки, вызванное стеканием
наведенного заряда в землю после удара молнии, обнаружил, что
нервы лапки лягушки, соединенной с франклиновским стержнем,
весьма чувствительны к грозовым разрядам. Экспериментируя
далее со стержнем из железной проволоки (напоминающим сов¬
ременную радиоантенну), он заметил такие же подергивания ля¬
гушки — «детектора» и тогда, когда поблизости нет и намека на
грозу. Он выяснил, что это явление возникало, когда медные
крючки, на которых были подвешены лапки лягушки, прикасались
к железной проволоке. Всякий раз, когда Гальвани заземлял
стержень, разнородные металлы образовывали то, что сейчас мы
назвали бы гальваническим элементом. Вскоре профессор уни¬
верситета в Павии Вольта научно объяснил наблюдения Гальвани.
Сконструированный им в 1799 г. элемент — элемент Вольта —
дал миру первый источник постоянного тока. Стеклянные цилинд¬
ры, снабжавшие электричеством Франклина и его современни¬
ков, теперь были сданы в музей. Изобретение Вольта возвестило
о начале периода интенсивного изучения электричества учеными
XIX в.
40

3
ВИДЫ МОЛНИИ И НЕКОТОРЫЕ
СВЯЗАННЫЕ С НИМИ ЯВЛЕНИЯ
...чем ближе туча,
Несущая ужасные разряды.
Тем чаще вспышки молний режут небо;
Шум нарастает; в черной вышине
Вдруг вспыхивает мертвенное пламя,
На миг угаснув, снова возникает
Еще страшней...
Джеймс Томсон (Времена года).
Внутриоблачные разряды
На рис. 2 и 3, изображающих грозовые облака, области по¬
ложительных зарядов показаны в верхней части облака, а отри¬
цательных— у его основания. Такое распределение зарядов ти¬
пично почти для всех развитых грозовых облаков. Правда, на¬
блюдаются также дополнительные заряды под облаком (глава 5),
которые играют немаловажную роль при образовании разряда
между облаком и землей. По мере того как активность грозового
облака истощается, в облаке происходит перераспределение ос¬
новных зарядов.
По мере накопления зарядов в облаке электрическое напря¬
жение в нем становится значительным. При этом может
возникнуть искра, которая пробьет слой воздуха между ними и
накоротко замкнет «генератор» зарядов внутри самого облака.
В результате заряженные области полностью или частично нейт¬
рализуют друг друга. Такие разряды (молнии) иногда называют
«межоблачными», хотя этот термин едва ли следует считать
правильным. Яркие каналы молнии обычно скрыты от нас мас¬
сой дождевых капель, снега или частиц льда, находящихся в
грозовом облаке. Если не считать случайных вспышек у границы
41

облака, невооруженным глазом удается увидеть только большое
ярко освещенное пространство — рассеянное свечение облака,
которое обычно называют плоской молнией.
Внутриоблачные разряды чаще всего бывают во время гроз,
возникающих высоко над землей. В таких условиях искре легче
проскочить от нижней части заряженного облака к верхней или
наоборот, чем пройти долгий путь от основания облака до земли.
Внутриоблачные разряды нередко наблюдаются в засушливых
районах на юге Африки—здесь основание облака выше над по¬
верхностью земли, чем в районах с влажным климатом. В Анг¬
лии (основание облаков лежит на высоте 1000 м) число разрядов
внутриоблачных и между облаком и землей почти одинаково, то¬
гда как на юге Африки эти величины относятся между собой как
десять к одному. Если бы не это счастливое обстоятельство, ча¬
стые грозы в Африке вызывали бы много пожаров и смер¬
тей.
Разряд в воздухе и «гром среди ясного неба»
В засушливых районах грозовой разряд, выходя из основания
облака, часто разветвляется в воздухе и не достигает земли. Та¬
кая молния далеко не всегда направлена вертикально вниз. На-
Рис. 4.
против, нередко она движется почти горизонтально под облаком
и оканчивается либо в воздухе, либо в другой части облака — в
10—15 км от места появления. В последнем случае молния, заро¬
дившаяся в области отрицательных зарядов, устремляется к об¬
ласти положительных зарядов, которые опустились вместе с дож¬
42

дем из верхней части облака или возникли в результате опреде¬
ленных процессов (глава 7). Известен случай, когда такая «блуж¬
дающая» молния имела около 50 км в длину.
Иногда блуждающие молнии движутся к земле и ударяют в
нее за много километров от места своего образования. Вероятно,
именно благодаря таким разрядам у древних создалось убежде¬
ние, что в хорошую погоду молния способна явиться как «гром
среди ясного неба». Однажды мне довелось говорить с ферме¬
рами, которые видели подобную молнию. Они были готовы по¬
клясться, что в момент, когда ударила молния, не было даже на¬
мека на приближение грозы. Надо отметить, что фермеры рабо¬
тали в глубокой долине и поэтому не могли видеть отдаленное
облако, из которого появилась молния.
Один из видов грозового разряда в воздухе, редко наблю¬
даемый, но, вероятно, достаточно распространенный, имеет вид
сияния, поднимающегося от вершины облака вверх.
Линейная молния
Из всех видов молнии наиболее известна линейная молния —
разряд между облаком и землей. Эта молния, как нам кажется,
движется вертикально вниз по зигзагообразной кривой, образуя
множество ответвлений, которые также в основном устремляются
вниз. На рис. 5 видно, что линейная молния в действительности
имеет значительно больше разветвлений, чем удается различить
невооруженным глазом, ослепленным ярким светом главного ка¬
нала разряда.
В Европе и Северной Америке длина видимой части молнии
(за пределами облака) бывает 1—1,5 км, в Африке 2—4 км. Дли¬
на всего канала молнии значительно больше: во-первых, разряд
движется по зигзагообразной кривой, обычно с большим откло¬
нением от вертикали, и, во-вторых, большая часть канала скрыта
внутри самого облака.
Как правило, молния ударяет в землю только в одной точке.
Однако случается, что два, а иногда и более, ответвления глав¬
ного канала образуются вблизи от земли и поражают различные
наземные объекты — дома или деревья. В большинстве случаев
разветвленная молния возникает в результате изменений, проис¬
ходящих в нижней части канала за то время, пока длится вся
серия ударов, составляющих грозовой разряд. Мак-Икрон сооб¬
щает о разряде, первый удар которого пришелся в многоэтажный
дом, высотой примерно 120 м. Три последующих удара попали в
43

находящийся в 400 м от места первого удара Эмпайр стейт бил-
динг. Искривление пути молнии произошло примерно в 200 м
над небоскребом.
Рис. 5.
Повторяющиеся разряды молний
Наблюдение за вспышками при разряде на землю показы¬
вает, что часто главные каналы и их ответвления весьма сходны
по форме. Мне неоднократно приходилось видеть ряд вспышек
молнии в одной части облака, и я замечал, что форма их каналов,
включая резкие изгибы и ответвления, повторялась иногда до ше¬
сти раз, хотя молнии возникали с интервалами примерно полми¬
44

нуты. Так как трудно предположить, чтобы канал молнии сохра¬
нялся в течение столь долгого времени, неизменность ее формы
следует объяснить тем, что после каждой молнии облако регу¬
лярно заряжается вновь и что условия протекания электрических
процессов внутри него и под ним постоянны все это время.
Изредка возможна другая серия одинаковых по форме раз¬
рядов, что объясняется таким же образом. Речь идет о разряде,
вызванном предыдущей молнией, или иначе об «ответном» раз¬
ряде, когда почти одновременно с первой вспышкой в одной
точке облака возникает другая в соседней точке или даже в бли¬
жайшем облаке. Превосходный пример такого рода серии раз¬
рядов приводит Шампион. Три молнии практически одновремен¬
но возникли в одной части облака и примерно через 15 секунд
образовалась четвертая, но уже на некотором расстоянии. Вся
серия много раз повторялась в той же последовательности.
Вполне разумно предположить, что разряд в одной части облака
помогает достичь напряжения, необходимого для разряда в дру¬
гой его части. Если облако регулярно заряжается, процесс раз¬
рядки будет многократно повторяться.
Отдельные удары1
Разряд на землю имеет одну особенность, заметную даже не¬
вооруженным глазом,— мерцание испускаемого им света. Вспыш¬
ка может длиться примерно секунду, однако интенсивность ее в
течение этого времени неодинакова. Молния состоит из серии от¬
дельных, частичных разрядов, или ударов, каждый из которых
длится очень недолго. Удары следуют друг за другом с интер¬
валом примерно одна тридцатая доля секунды. Именно эти пе¬
рерывы в свечении канала и создают впечатление мерцания. От¬
дельных ударов чаще всего бывает три, однако зарегистрирован
случай, когда их насчитывалось 47. Возможно, что большинство
из них представляло собой незначительные колебания интенсив¬
ности одного разряда и что общее число ударов на самом деле
было меньше. Отдельные удары обычно следуют по одному и
тому же каналу, так как первый из них, нагревая воздух, прола-
гает путь следующим ударам. Правда, если промежуток времени
между отдельными ударами значителен и канал успевает утра¬
тить проводимость, последующие удары могут изменить свое на¬
правление в конце пути.
1 Здесь и далее удар — частичный разряд.— Прим, перев.
45

Рис. 6.
Ленточная молния
Только в редких случа¬
ях при сильном ветре
удается рассмотреть или
сфотографировать вспышки
отдельных ударов близкой
молнии. Вспышки как бы
смещаются по каналу, кото¬
рый в промежутках между
ними сохраняет форму зиг¬
загообразной веревки из
раскаленного воздуха и, воз¬
можно, даже продолжает
пропускать слабый непре¬
рывный электрический ток
от облака к земле. Порывы
ветра настолько сильно сме¬
щают канал, что следующие
по нему вспышки отдельных
ударов начинают сдвигаться
относительно друг друга.
Из-за своей формы (рис. 6) молния получила название ленточной.
Ветер, дующий под прямым углом к каналу со скоростью
30 км в час, смещая его примерно на 80 см в секунду, создает
условия, благоприятные для того, чтобы возникла ленточная мол¬
ния из серии последовательных ударов. Поэтому удивительно,
что ее так редко наблюдают или фиксируют на пленку. Причина,
по-видимому, в том, что человеческий глаз, как и объектив фото¬
аппарата, не способен рассмотреть, или, говоря техническим язы¬
ком, разрешить, детали разряда, пока он не приблизится к на¬
блюдателю на расстояние нескольких километров; если же
вспышка происходит близко, ее ослепительный свет затрудняет
наблюдение деталей.
Ширина канала
Располагая хорошим снимком ленточной молнии (предметы
на переднем плане изображены настолько четко, что можно быть
уверенным в полной неподвижности фотоаппарата в момент
съемки), можно определить ширину канала отдельных вспышек.
Следует учесть, что каналы отдельных ударов на снимке должны
быть четко разделены, так как ветер обычно смещает канал, из-
46

за чего на снимке он кажется шире, чем на самом деле. Изучив
один из снимков ленточной молнии, я подсчитал, что диаметр
канала каждого из одиннадцати отдельных ударов в среднем
15 см. Снимки ленточной молнии — единственные пока непосред¬
ственные данные, по которым можно судить о диаметре канала
молнии в воздухе. Правильность полученных цифр подтверждают
измерения диаметра отверстий, пробитых молнией в различных
объектах, или диаметра песчаных фульгуритов (см. о них стр. 60),
обычно достигающих нескольких сантиметров.
Необычные молнии
Иногда на страницах книг и журналов встречаются снимки,
изображающие молнию более чем необычной формы. Это мол¬
нии в виде огромной змеи, либо свернувшейся в клубок, либо
весьма неестественно извивающейся вблизи поверхности земли.
Объекты на переднем плане расположены таким образом, что,
будь это снимок подлинной молнии, фотограф испытал бы, мягко
выражаясь, весьма неприятные ощущения. Разумеется, авторы
таких снимков не признают свою ошибку. Однако, как правило,
без труда можно доказать, что пугающие воображение разря¬
ды — не что иное, как смещенные изображения случайно попав¬
ших в объектив ярких огней, факелов или фар. Витки и спирали
на этих снимках — результат случайного перемещения огней или
самой камеры, перемещения, которое фотограф, взволнованный
тем обстоятельством, что он снимает молнию, попросту не заме¬
тил. Появление же таких снимков в печати, разумеется, не слу¬
жит гарантией их подлинности.
Огни Св. Эльма
На королевский я напал корабль;
Повсюду там — от носа до кормы,
На палубе, и в трюме, и в каютах
Я сеял ужас; пламенем взвивался
На мачте, на бушприте и на реях.
(Буря, акт 1, сцена 2.)
Часто ночью, когда грозовые облака проходят низко над суд¬
ном, на концах его мачт видно свечение. Оно получило название
огней Св. Эльма. Св. Эльм (Эрасмус) считался покровителем
средиземноморских мореплавателей; форт и мыс, названные его
именем, до сих пор сторожат вход в порт на острове Мальта.
47

Английские моряки называли огни Св. Эльма согро santo (тело
святого).
Строки из Шекспира, взятые эпиграфом к этой главе, не
только поэтический вымысел. Существует немало свидетельств
очевидцев, наблюдавших огни Св. Эльма. Так, капитан парохода
«Моравия», А. Симпсон 30 декабря 1902 г. вблизи Зеленого Мыса
сделал в судовом журнале следующую запись: «В течение целого
часа в небе полыхали молнии. Стальные канаты, верхушки мачт,
нок-реи, концы подъемных стрел и т. п.— все светилось. Каза¬
лось, на всех штагах через каждые четыре фута повесили заж¬
женные лампы, а на концах мачт и нок-рей засветили яркие огни».
Свечение сопровождалось необычным шумом: «...словно мириа¬
ды цикад поселились в оснастке, или с треском горел валежник
и сухая трава». Такого рода разряды с острий создают помехи,
затрудняют радиосвязь с судном и нередко сильно электризуют
радиоантенну.
Появление огней Св. Эльма всегда воспринималось моряками
как добрый знак, возвещающий об окончании шторма. Известен
рассказ о том, как Христофор Колумб, застигнутый бурей на пути
в Америку, вернул бодрость павшим духом матросам, указав им
на «святые огни», рассыпавшиеся по верхушкам мачт,— явный
вестник того, что их мытарствам скоро придет конец. Еще у
древних греков, у которых Кастор и Полидевк (у римлян — Пол¬
лукс) считались покровителями мореплавателей, а удивительное
свечение называлось огнями Прекрасной Елены, по имени сестры
этих двух героев, существовала примета, что эти огни предвещают
окончание грозы. Действительно, сильный ветер и высокая волна
всегда предшествуют грозе, но когда гроза над головой и зажи¬
гаются огни Св. Эльма, пусть шторм еще бушует — самое худшее
уже позади.
Свечение, носящее название огней Св. Эльма, возникает от
разрядов с острия. По своей природе оно сходно со светом нео¬
новых реклам.
Особенно интенсивное свечение можно наблюдать во время
грозы высоко в горах, когда основание облака находится почти
над самой землей. В долинах оно нередко опускается и бывает
расположено ниже вершин, тогда электрические поля, порожда¬
ющие разряды с острий, становятся особенно значительными. Ту¬
ристы, застигнутые грозой в Альпах, рассказывали, что слышали
сильный треск и наблюдали, как от их голов и пальцев подыма¬
лись светящиеся языки длиной несколько сантиметров. Сияние
вокруг головы в таких случаях принимает форму нимба, а с за¬
остренных предметов, например ледорубов, словно стекают язы-
48

ки пламени. Вполне возможно, что тот горящий, но не сгорающий
куст, который пророк Моисей лицезрел на горе Синайской, све¬
тился такими же огнями. Другой интересный пример мы находим
в книге американского метеоролога Хемфри. Он пишет, что на
ранчо это явление природы, «превращая каждого быка в чудище
с огненными рогами, производит впечатление чего-то сверхъесте-
Рис. 7.
ственного». Считается, что свечение ярче, когда вызывающее его
грозовое облако заряжено у основания отрицательно, и слабее,
когда облако заряжено положительно. В первом случае свечение
приобретает красноватый оттенок, во втором — голубоватый
(впрочем, такой оттенок встречается довольно редко).
Сильное свечение можно иногда наблюдать во время песча¬
ных бурь, когда поднятые в воздух песчинки сильно электри¬
зуются за счет трения друг о друга. Во время извержения вул¬
кана Мон-Пеле на острове Мартиника поднявшаяся в огромном
количестве вулканическая пыль вызвала появление молний над
вершиной горы. В трактате Джиовани Бианчини (1764 г.) встре¬
чается упоминание о том, что обитатели замка Дуино в швейцар-
4
Заказ 3309.
49

ских Альпах с незапамятных времен использовали разряды с ост¬
рим, чтобы предупреждать окрестных жителей о приближении
грозы. На стене, окружающей замок, они водружали копье с де¬
ревянным древком. Время от времени стражник подносил к его
концу свою алебарду; если появлялись искры, он звонил в ко¬
локол, предупреждая крестьян в поле и рыбаков на озере о
надвигающейся буре. Копье с изолирующим деревянным древ¬
ком накапливало заряды не хуже, чем изолированный франкли¬
новский стержень (см. рис. 2).
Огни Св. Эльма часто появляются на самолете, летящем че¬
рез заряженные облака. Источниками яркого свечения становятся
винты и заостренные части корпуса. Так как при этом нарушается
работа радиоприемных и радиопеленгационных устройств, полет
в таких условиях опасен. «Огни» разряжаются, пульсируя, отчего
в радиоприемниках возникают треск и пощелкивания, получив¬
шие название статических помех. Лучшее средство борьбы с
такого рода шумами — установить на самолете необходимое ко¬
личество острийных разрядников, чтобы накапливаемое в полете
электричество стекало в воздух в виде спокойных тлеющих раз¬
рядов. Этой цели обычно служат специально сконструированные
металлические метелочки, установленные на некотором расстоя¬
нии друг от друга вдоль задней кромки крыла.
Свечение на верхней границе облака
Трудно сказать, устремляются ли разряды от верхней гра¬
ницы облака в выше расположенные слои воздуха или нет.
И хотя некоторые наблюдатели отмечали такие случаи, скорее
всего это были разряды, направленные из вершины облака го¬
ризонтально или даже вниз. Для того чтобы с уверенностью го¬
ворить о том, что разряд действительно направлен вверх, надо
находиться на очень далеком расстоянии от него. Зато свечение
вершин Облаков, напоминающее огни Св. Эльма, наблюдалось
неоднократно и является установленным фактом. М. Д. Лоренсон
сообщает об интересном случае такого свечения, который он на¬
блюдал в Новой Зеландии в 1936 г. Раскаленный шар, венчаю¬
щий гряду облаков, в течение 15 минут периодически менял свои
размеры и интенсивность свечения. И все это время от него ис¬
ходило яркое зеленовато-белое сияние, оно освещало верхнюю
половину гряды и заливало всю местность таким ослепительным
светом, словно в действие ввели несколько тысяч прожекторов.
Несколько другая форма свечения, простирающегося от вершин
облаков в верхние слои воздуха, часто возникает во время обыч¬
50

ных разрядов на землю. Дальнейшие наблюдения над явлениями
такого рода могли бы быть полезны в связи с изучением меха¬
низма электризации облака.
Удар молнии в самолет
Нередки случаи, когда в самолет, проходящий через облака
или около них, ударяет молния. Подкомитет Национальной кон¬
сультативной комиссии по аэронавтике (США) собрал сведения о
169 случаях таких разрядов за период с марта 1935 г. по декабрь
1944 г., то есть меньше чем за девять лет. Большинство этих раз¬
рядов произошло при полете в облаке, причем примерно только
в половине случаев вспышки молний отмечались до появления
самолета в облаке. Можно предположить, что самолет спровоци¬
ровал молнию, и, вероятно, не будь его в облаке, разряда не
произошло бы. В основном молния ударяла в самолет, летящий
в кучево-дождевых, кучевых и слоисто-кучевых облаках. Наибо¬
лее опасны для самолета хорошо развитые кучево-дождевые об¬
лака. Как правило, молния ударяла в самолет, когда он пролетал
сквозь дождь, смешанный со снегом, градом или крупой, на вы¬
соте от 1300 до 3000 м над землей. Данные из других источников
указывают, что именно в этой части облака возникают наиболее
сильные электрические поля.
Как правило, удару молнии в самолет предшествует появле¬
ние огней Св. Эльма. Чаще всего свечение наблюдается за минуту
до удара, а иной раз всего лишь за доли секунды. Однако изве¬
стен случай, когда самолет четыре часа летел в светящемся
ореоле, прежде чем в него ударила молния.
По описаниям, самолет в огнях Св. Эльма — необычайно кра¬
сивое зрелище: светящиеся полосы до 3—5 м длиной и около
10 см шириной веером отходят от его винтов и кромок крыльев.
Иногда сверкающие венцы окружают моторы, иногда начинают
светиться сверху донизу стекла на кабине пилота, сильно на¬
электризованные столкновением с градом и крупой.
Попадая в самолет, молния обычно избирает самый длинный
путь из всех возможных. В большинстве случаев она проходит от
одной выступающей точки до другой, противоположной ей. Если
самолет снабжен выпускной радиоантенной, свисающей под кор¬
пусом, молния проходит и через нее, выводя из строя антенну, а
также и радиоаппаратуру, когда антенна не «заземлена» на кор¬
пус самолета. Все эти данные говорят о том, что молния исполь¬
зует самолет, чтобы закоротить как можно большую толщу воз¬
духа, являющуюся сопротивлением на ее пути. Судя по перечню
51

разрушений, вызываемых молнией, в самолете наиболее уязвимы
выступающие части — крылья и элероны, хвост, выпускная ан¬
тенна и винты.
Самолеты, имеющие в своей конструкции части из дерева
или ткани, и самолеты, в которых между металлическими дета¬
лями нет хорошего электрического контакта, нередко подвер¬
гаются значительным разрушениям. Для таких самолетов удар
молнии опасен. Разрушения, причиняемые молнией цельнометал¬
лическим самолетам, как правило, не очень велики. Однако и они
могут оказаться в тяжелом положении, так как при ударе молнии
повреждаются навигационные приборы. И если не принять за¬
щитные меры, нарушится радиосвязь и выйдут из строя пелен¬
гационные устройства. Показания магнитного компаса также ста¬
нут ненадежными, так как, даже если разряд не затронет его
магниты непосредственно, сильный ток молнии может намагни¬
тить стальные части самолета.
Ночью яркая вспышка может временно ослепить пилота —
как правило, на несколько секунд, а иногда и на несколько ми¬
нут. Во время грозы, именно в те немногие секунды, когда пилот
теряет зрение и обычную остроту реакции, самолет может ока¬
заться в опасном для него вихре. Поэтому наставления для пило¬
тов рекомендуют при полете в грозовых облаках или вблизи них
усилить освещение приборного щитка в кабине пилота и приве¬
сти в готовность автоматическое управление, если оно еще не
было включено. В некоторых частях грозового облака восходя¬
щие и нисходящие потоки воздуха достигают огромной силы, и,
если самолет хоть на мгновение останется без управления, мо¬
жет возникнуть опасная ситуация. По данным исследований, про¬
веденных во Флориде в 1946 и 1947 гг. комиссией правительства
США (проект «Гроза»), самолет, летящий со скоростью примерно
250 км в час, может быть поднят воздушными потоками на
2000 м вверх или сброшен на 800 м вниз. Это крайние цифры
(средние обычно составляют около половины этих, для скорост¬
ных самолетов и того меньше), однако они дают представление
о степени турбулентности в грозовых облаках. Между прочим, за
два летних сезона самолеты исследователей 21 раз испытали
удары молний, но во всех случаях они отделались незначитель¬
ными повреждениями.
Мы не станем приводить здесь детальные инструкции пило¬
там, попавшим в грозовые условия. Достаточно сказать, что они
советуют избегать грозы. Если нельзя обойти ее стороной или
подняться выше грозовых облаков, рекомендуется летать под
ними, по крайней мере на 500 м ниже основания облака, при¬
52

мерно на высоте 1500 м над землей. Особенно следует избегать
полос сплошного дождя, шкваловых воротов вблизи основания
облака и участков сильных восходящих и нисходящих потоков
воздуха.
Специальные радарные установки предупреждают пилотов, в
особенности в ночное время, о появлении облаков, в которых мо¬
гут возникать молнии и сильные вихри. Главный показатель этих
явлений — интенсивное отражение радиоволн от ледяных частиц
и больших капель, образующихся при их таянии.
Шаровая молния
Существует много детальных описаний появления во время
грозы движущегося огненного шара диаметром от 1 до 200 см.
Обычно шар имеет сферическую форму, иногда овальную. Ок¬
раска его различная: белая, красная, желтая и голубая. Он «жи¬
вет» от нескольких секунд до нескольких минут. Опустившись к
земле и двигаясь близ ее поверхности, огненный шар, по расска¬
зам очевидцев, словно катится, подпрыгивая, а затем по большей
части взрывается с сильным треском и исчезает, оставив отвер¬
стие в тех местах, где «оседал». По мнению большинства очевид¬
цев, огненный шар движется вниз, но в нескольких случаях он
взмывал вверх, подобно ракете, так что можно было бы поду¬
мать, что ее запустил какой-то шутник, знавший, что за ней будут
наблюдать. Такое истолкование вполне допускает единственная
фотография, опубликованная в научных изданиях. Траектория
разряда, запечатленного на этом снимке, имеет форму параболы.
Скорость, с которой перемещается шаровая молния, у разных
очевидцев разная: от скорости пешехода до скорости бегущего
человека.
Почти все наблюдавшие шаровую молнию сходятся на том,
что огненный шар появляется либо одновременно с близким раз¬
рядом, либо несколько секунд спустя. Большинство случаев, ве¬
роятно, следует объяснить оптическим обманом: сетчатка глаза,
ослепленного близкой вспышкой, некоторое время сохраняет ос¬
таточное изображение в виде светящегося диска. Надо помнить
также, что человек, едва избежавший удара молнии, вряд ли
способен точно описать такое событие. К многочисленным рас¬
сказам о том, как шаровая молния, спустившись по трубе, ска¬
кала по дому, испуская запах серы, следует относиться с большой
осторожностью.
Кажется, ни один профессиональный наблюдатель погоды,
ни один метеоролог ни разу не видел огненный шар, а уж они-то
53

все вместе взятые наблюдали десятки, если не сотни тысяч мол¬
ний. Если же проанализировать многочисленные рассказы очевид¬
цев, то обнаружится, что немногочисленные достоверные сведе¬
ния, которыми мы располагаем, поступили в основном от тех, кто
наблюдал это явление во время грозы высоко в горах, например
в Альпах. В некоторых сообщениях речь, несомненно, идет об ин¬
тенсивном свечении (огнях Св. Эльма), которое вполне возможно
даже в сухой деревянной хижине, прилепившейся где-нибудь на
горной вершине, и о таких случаях действительно сообщалось.
Однако не будем торопиться с выводами, объявляя все све¬
дения о шаровой молнии в горах недостоверными. Автор этих
строк однажды в беседе с группой туристов узнал о пяти случаях
появления шаровой молнии в Форарльберге (Австрия), причем
три из них были подтверждены показаниями других свидетелей.
Всякий раз появление огненного шара почти совпадало по вре¬
мени с ударом молнии, обычно очень близким. В трех случаях
свидетели без каких бы то ни было наводящих вопросов отме¬
чали, что огненный шар катился по оврагу или ущелью и, таким
образом, был как-то связан с горным потоком. Все они были уве¬
рены в том, что не могли ошибиться, приняв за шаровую молнию
огни Св. Эльма или световой эффект в результате воздействия
вспышки на сетчатку глаза.
Из Африки у нас нет сообщений о шаровой молнии, хотя
обычная молния — частый гость на этом континенте. Американ¬
ский метеоролог Хемфри, проанализировав 280 сообщений о ша¬
ровой молнии, счел возможным принять за более или менее ве¬
роятные, но ни в коем случае не достоверные только два или
три из них.
Поскольку серьезного отношения заслуживают только не вы¬
зывающие сомнений свидетельства из Альп, возникает вопрос, не
связано ли это необычное явление природы с какими-нибудь спе¬
цифическими особенностями этого района. Автор этих строк ука¬
зал бы на две такие особенности. Во-первых, Альпийские горы
очень высоки и в них часто бывают необычайно сильные разряды,
зародившиеся в верхней, положительно заряженной части гро¬
зового облака. По последним наблюдениям Бергера в Швейцар¬
ских Альпах, такого рода «гигантские» разряды обрушиваются на
горные вершины раз в несколько лет. Больше нигде такие раз¬
ряды не наблюдаются. Ниже (стр. 106) мы остановимся на этом
вопросе подробнее. Вторая особенность — сухость растительного
покрова в горах летом. Это значит, что молния в поисках наибо¬
лее проводящих путей устремляется к воде и к берегам горных
потоков. Под действием электрического тока вода может сильно
54

нагреться, образуя местами пузыри болотного газа, или водо¬
родно-кислородной смеси, возникшей благодаря электролитиче¬
скому разложению. Сравнительно медленное горение этих газов
может объяснить, почему они испускают неяркий, но непрерыв¬
ный свет. Благодаря тяжелым ионам пузыри газа могут электри¬
зоваться. Это в свою очередь может объяснить, почему шаровая
молния, как рассказывают очевидцы, иногда притягивается раз¬
личного рода проводниками, например электрическими прово¬
дами. Во многих более ранних описаниях шаровую молнию не¬
редко сравнивали с мыльным пузырем. Несомненно, что в засуш¬
ливых районах часть тока молнии уходит в землю по руслам
рек, оставляя после себя явственный след — намагниченные по
обеим сторонам русла породы.
Выдвигались и другие теории. Согласно одной из них, часть
сильно ионизированного канала молнии (по непонятным причи¬
нам) отделяется. Однако если не существует какого-то внешнего
источника, снабжающего эту отделившуюся часть канала энер¬
гией, невозможно объяснить, почему она продолжает светиться
еще в течение нескольких секунд; и хотя Капица выдвинул ост¬
роумное предположение о том, что этим источником могут явить¬
ся излучаемые грозовыми облаками сантиметровые волны, в на¬
стоящее время нет данных, подтверждающих существование ис¬
точников достаточной мощности.
Согласно другим теориям, в разрядном канале образуются
озон и атомарный кислород, которые затем, превращаясь в обыч¬
ный кислорд, испускают свет.
Все эти гипотезы нуждаются в подтверждении лаборатор¬
ными опытами. Однако чтобы создать шаровую молнию экспе¬
риментальным путем, требуются исключительно сильные электри¬
ческие разряды, значительно более продолжительные, чем соз¬
данные в лабораториях.
Куда ударяет молния
По этому вопросу существует немало широко распространен¬
ных, но ошибочных представлений. Одно из них: молния никогда
не ударяет дважды в одно и то же место. Однако известно, что в
такие высокие здания, как колокольня собора Св. Марка в Вене¬
ции и Вашингтонский обелиск в столице Соединенных Штатов,
молния попадала неоднократно. В Эмпайр стейт билдинг, подни¬
мающийся на 380 м, молния на протяжении трех лет попадала
68 раз. Однако она не всегда поражает самую высокую точку в
55

данной местности, хотя все-таки чаще всего ударяет именно в нее
(о причине этого явления мы скажем ниже).
Обычно считается, что молния часто ударяет в южноафри¬
канские копи — отдельно стоящие небольшие холмы, так как они
сложены из магнитного железняка, который якобы притягивает
к себе молнию. Утверждение это научно необосновано, хотя, не¬
сомненно, железняк лучше проводит электричество, чем осадоч¬
ные породы. Однако молния ударяет в копи, потому что эти хол¬
мы возвышаются над данной местностью, то есть по той же при¬
чине, по которой она ударяет в печные трубы или деревья.
Еще одно подобного рода заблуждение. Считается, что мол¬
ния избирает трубы топящихся печей, так как теплый воздух, по¬
дымающийся из таких труб, обладает некоторой проводимостью
и как бы удлиняет их. Однако проводимость нагретых газов, по¬
ступающих из трубы в воздух, не настолько велика, чтобы влиять
на путь молнии. Согласно отчету земельной управы Шлезвиг-
Гольштейнской провинции о причиненных молнией разрушениях
за 1884 г., молния действительно часто попадала в печные трубы,
но, вопреки широко распространенному мнению, не делала раз¬
личия между дымящими и недымящими трубами. По-видимому,
авторы предложения снабдить громоотводы радиоактивными на¬
конечниками, которые, ионизируя воздух, тем самым увеличили
бы их длину, не обратили внимания на этот факт.
Дополнительные данные по интересующему нас вопросу
можно также почерпнуть, исследуя характер повреждений, нане¬
сенных молнией тем 169 самолетам, о которых говорилось на
стр. 51. Если в выборе молнией пути горячие газы действительно
играют какую-либо роль, естественно было бы ожидать, что вы¬
хлопные газы будут притягивать ее к выхлопному устройству. Од¬
нако в перечне частей самолета, поврежденных ударом молнии,
выхлопные трубы не упомянуты, а двигатель встречается только
один раз, когда он «выключился на несколько минут», после того
как молния, пройдя через 60-метровую выпускную антенну, зна¬
чительно повредила в самолете электросеть.
Нередко утверждают, что нагретый воздух, подымающийся
из закрытых походных палаток, также притягивает к себе молнию.
Д-р Г. А. Спенсер в своей книге «Молния, удар молнии и защита
от него» (1932) посвящает целую главу разбору удивительно боль¬
шого числа смертных случаев при ударе молнии, свидетелем ко¬
торых он был, среди солдат и местного населения, жившего в
палатках во время Англо-бурской войны. Во всех этих случаях
причиной катастрофы, по-видимому, был деревянный шест в се¬
редине палатки. Ток разряда, проходящий по шесту, мог перейти
56

в тела тех, кто стоял прислонившись к нему или очень близко от
него. Однако, как отмечает сам автор, при этом ни одна палатка
не загорелась от молнии, хотя на том месте, где из нее поды¬
мался шест, как правило, появлялась рваная дыра диаметром до
15 см. Трудно согласиться с тем, что все несчастные случаи были
вызваны прямым попаданием молнии в шест. В этом случае шест
разлетелся бы на мелкие куски, а палатка загорелась. Ничего по¬
добного не содержится в сообщениях д-ра Спенсера. Остается
предположить, что на металлическом наконечнике шеста и, воз¬
можно, на отсыревшем полотне палатки накапливались электри¬
ческие заряды. Ведь точно так же электрические заряды накап¬
ливались на изолированном железном стержне в эксперименте
Франклина. Деревянная часть шеста является изолятором, по¬
добно стеклянной подставке в эксперименте 1752 г., а поэтому
шест может стать источником смертельных искр. Однажды во
время грозы, коснувшись рукой небольшого деревца, установ¬
ленного на изоляторах (см. главу 8), я сам испытал неожиданно
сильный удар.
Рваная дыра в верхней части палатки говорит скорее не о
прямом ударе молнии, а о сравнительно слабых искрах, которым,
чтобы достичь земли, пришлось прожечь в полотне отверстие.
Естественно, что люди, находившиеся в палатке вдали от шеста
и отделавшиеся лишь испугом, приняли эти искры за молнию.
Однако вряд ли хоть один из нйх остался бы в живых, если бы в
палатку действительно ударила молния.
Здания и деревья
Анализируя статистические данные о повреждениях, причи¬
ненных 405 грозовыми разрядами зданиям в Шлезвиг-Гольштейне
с 1874 по 1884 г., то есть в течение десяти лет, можно получить
интересные сведения о том, какие типы зданий наиболее под¬
вержены ударам молнии. Результаты анализа приведены в таб¬
лице.
Тип здания
Количество поврежденных
зданий (в процентах)
С твердой кровлей
1,о
С мягкой кровлей, крытые дерном,
соломой и т. д.
2,5
Церкви
40,0
Ветряные мельницы
54,5
Фабричные строения и трубы
2,0
57

Как видно из таблицы, в церкви и ветряные мельницы мол¬
нии попадают в 30 раз чаще, чем в жилые дома. Причина проста:
они намного выше остальных зданий и к тому же стоят изоли¬
рованно, в особенности мельницы.
Цифры также показывают, что в дома, крытые дерном, соло¬
мой и т. д., молния ударяет в два раза чаще, чем в здания с
твердой кровлей. Едва ли причиной тому является дерн. Просто
большинство таких домов — крестьянские избы или амбары —
стоят на открытом месте.
Попадая в дерево, молния обычно оставляет на коре его бо¬
розду — путь, по которому следует ток. Иногда борозда проло¬
жена только по одной стороне ствола, а иногда он представляет
собой винтовую линию. Некоторые авторы видят причину появ¬
ления борозды на коре в дождевом потоке, стекающем по од¬
ной стороне ствола и увлажняющем кору дерева. Вода под воз¬
действием выделившегося при прохождении молнии тепла бурно
испаряется и сдирает кору вдоль пути своего следования. Если
вода недостижима почему-либо для разряда (прячется в неров¬
ностях коры), электрический ток может пройти в толще ствола
и нагреть древесный сок, образовавшийся тогда пар разорвет
ствол. В подтверждение этой точки зрения можно привести от¬
чет лесника Маклина за 1890 г. Он сообщает, что были разрушены
лишь те деревья, в которые молния попала до дождя; на дере¬
вьях, пораженных молнией после того, как начался дождь, ос¬
тался след на поверхности коры, часть коры была содрана, но
сами деревья уцелели. Это, возможно, объясняет, почему удар
молнии особенно разрушителен для дуба и почему так часто
встречаются взорванные дубы. Подсчеты, проведенные в 1899 г.
в Германии, показали, что на участке леса в двадцать тысяч гек¬
таров дубы, составляющие 11% общего числа деревьев, разру¬
шаются молнией чаще других пород. Среди поврежденных мол¬
нией деревьев дубов насчитывалось 58%. По неровной коре дуба
дождю труднее стекать, чем, например, по гладкому стволу бе¬
резы. В результате дуб от удара молнии разрушается, как от
взрыва, береза же отделывается шрамом на поверхности. Дейст¬
вительно, в лесу, где березы составляли 70% деревьев, разру¬
шенных молнией берез оказалось всего 6%. Следовательно, дуб
страдает от ударов молнии в 62 раза сильнее, чем береза.
Молния — одна из основных причин лесных пожаров. Так,
согласно официальным данным, в штатах Орегон и Вашингтон
(северо-западный район США) в течение шести лет (1925—
1931) от разряда молнии возникло 5500 лесных пожаров, причем
58

в некоторые дни вспыхивало по 250 пожаров. По Вимейстеру за
1957 г. на Аляске по той же причине выгорело более двух мил¬
лионов гектаров леса.
Распространение тока молнии
по поверхности земли
Когда молния ударяет в сухую почву, плохо проводящую
электричество, ток разряда растекается по ней не равномерно, а
концентрируется в тех слоях, которые обладают большей про¬
водимостью. Если поблизости протекает ручей, проложены водо¬
проводные трубы или подземный кабель, ток устремится по та¬
кому хорошему проводнику. Предпочтение, оказываемое мол¬
нией хорошим проводникам, далеко не всегда доставляет нам,
людям, удовольствие. Электрический ток молнии уничтожил не
один телефонный кабель, а в Претории, в районе с плохо про¬
водящей почвой (доломит), очень часто ток молнии выбирал себе
путь по одной из основных водоснабжающих магистралей. Бе¬
тонные водопроводные трубы с железной арматурой хорошо
проводили ток, за исключением стыков между секциями, в кото¬
рых отсутствовал металл. В этих местах возникали мощные искры,
сильно разрушающие трубы. Чтобы оградить их от молнии, при¬
шлось вдоль наружной стенки труб проложить специальную до¬
рожку из медной проволоки.
Именно склонность молнии выбирать хорошо проводящие
пути может служить объяснением следующему случаю, который
приводит д-р Спенсер.
«Однажды вечером отец с сыном прогуливались, держась за
руки, возле постоялого двора, расположенного на краю селения
в Трансваале. Внезапно, как раз в тот момент, когда они шли по
обнажению железняка, шагах в двухстах от них ударила молния.
Их бросило на землю. В течение нескольких минут они катались
по земле не в силах расцепиться или позвать на помощь. Нако¬
нец стоящие у двора люди, думая, что отец с сыном затеяли
драку, разъединили их и поставили на ноги. Оба они, лишившись
дара речи, не могли объяснить, что случилось. Когда некоторое
время спустя я прибыл на место происшествия, они уже пришли
в себя и были в состоянии рассказать о том, что произошло. По
их словам, ноги внезапно свело, и они покатились по земле... Ни
у того, ни у другого на теле не оказалось ожогов или других при¬
знаков поражения молнией, однако мышцы были словно сведены
судорогой и болели. На следующее утро, осмотрев то место, куда
ударила молния, я обнаружил там, как и у постоялого двора,
59

обнажение железняка и без
труда проследил залегание
всей жилы под землей... Дож¬
дя во время этого происшест¬
вия не было».
На свою беду отец с сы¬
ном держались за руки и таким
образом замкнули значитель¬
ный участок проводящей жилы,
когда по ней проходил ток,—
создалось высокое напряжение
между правой ногой одного и
левой ногой другого.
Незадолго до конца войны
в 1945 г. распростанились слу¬
хи, что немцы, оккупировавшие
французское побережье Ла-
Манша, готовятся уничтожить
десантные войска союзников
током, подключив опущенные в
море электроды к мощным
электростанциям. Однако под¬
счеты показали, что эффектив¬
ных результатов они такими
мерами не смогли бы достичь,
поскольку море, в отличие от
суши,— превосходный провод¬
ник и, следовательно, пропу¬
стит любой сильный ток, не соз¬
давая значительного падения
напряжения между обеими но¬
гами человека, идущего вброд. Так что слух никого не напугал.
Фульгуриты и отверстия, пробитые молнией
Войдя в сухую почву или в песок, молния расплавляет по¬
роду, образуя скважину (трубку) со стеклянными стенками. Та¬
кие трубки называются фульгуритами. В сухом песке встречаются
фульгуриты длиной 250 см и более. Ширина трубки сразу после
образования достигает 5 см при толщине стенок не более 0,12 см.
Однако вслед за ударом молнии пар из окружающей фульгурит
породы сдавливает его, уменьшая трубку и придавая ей форму
60

многоугольника или эллипса. На юго-восточной окраине пустыни
Калахари геолог ЛьІЬ^ насчитал не менее 2000 фульгуритов на
песчаном участке в 2000 гектаров. Так как в настоящее время в
этом районе почти не бывает гроз, надо полагать, что эти трубки
образовались много тысяч лет назад.
Интересно отметить, что некоторые фульгуриты в пустыне
Калахари явно свидетельствуют о том, что ток молнии в ряде
случаев проходил по корням кустов и других растений, попадав¬
шихся тогда в пустыне. О растительности свидетельствуют также
найденные здесь куски древесного угля и тонкий угольный слой,
местами покрывающий изнутри стенки одного из фульгуритов.
Трубка, запечатлевшая форму корней растения, показана на
рис. 8.
В опытах Мак-Икрона из Дженерал Электрик Компани (США)
получали фульгуриты искусственным путем, пропуская электриче¬
ские искры высокого напряжения через сухой песок. Трубчатую
форму, однако, имитировать было трудно, так как сильные раз¬
ряды развеивали песок и только с помощью разрядов слабого
тока, длившихся по несколько секунд, удалось создать трубку.
Иногда молния образует большие ямы (воронки) в мягкой
почве. Диаметр самой большой из известных нам воронок
300 см, глубина 30 см. Глубокие отверстия, вырытые молнией,
обычно указывают на то, что где-то в глубине пролегает хороший
проводник. Частые случаи поражения молнией спортсменов на
поле для игры в гольф, возможно вызваны высокой разностью
потенциалов между их правой и левой ногами, когда сильный
ток молнии устремляется к проходящим под землей водопро¬
водным трубам.
Цвет молнии
Молния обычно имеет интенсивный белый цвет. Но через
сетку дождя — капли поглощают синюю часть спектра — она ка¬
жется желтой или желтовато-красной. Изредка наблюдают розо¬
ватые молнии, что, вероятно, зависит от содержания водорода в
дождевых каплях, оказавшихся на пути разряда. Однажды сооб¬
щалось даже о зеленых молниях, но это уж чересчур необычный
случай.
Спектр молнии содержит световые волны, излучаемые как
нейтральными, так и ионизированными атомами водорода, азота
и кислорода. Пока нет никаких данных о том, что процессы в раз¬
ряде создают хотя бы на мгновение температуру, при которой
61

будет происходить дальнейшее расщепление молекул и атомов
воздуха.
Исследования спектра молнии, проведенные Дюфэ, дали
весьма интересные результаты. Оказалось, что в спектрах разря¬
дов в ультрафиолетовой области наблюдались неожиданно силь¬
ные полосы поглощения озона. Этот газ, как известно, поглощает
ультрафиолетовый свет, мешая опасным для нас лучам добраться
от солнца до земли. Однако, как установлено, количество озона,
поглощающего ультрафиолетовые лучи разряда, значительно
превышает обычную норму содержания этого газа в приземных
слоях атмосферы. Отсюда следует вывод, что избыток озона соз¬
дается самой молнией — по-видимому, стримерными процессами
в канале молнии, возникающими за движущимся лидером (см.
главу 5).
Нельзя не сказать несколько слов о «черной» молнии, кото¬
рую нередко демонстрируют на снимках. Эти черные стволы и
ветви там, где мы ожидаем увидеть ярко белый цвет,— извест¬
ный фотографический эффект, получаемый, если ранее освещен¬
ную фотографическую эмульсию вторично подвергнуть действию
ярких лучей. В условиях сильной грозы, когда вспышки молнии
быстро следуют одна за другой, вполне возможно вторичное ос¬
вещение фотографической эмульсии.
Число и распределение гроз и грозовых
разрядов на земной поверхности
На основе метеорологических данных Брукс подсчитал, что
на земле ежегодно случается 16 000 000 гроз, в среднем 44 000 в
день. Если предположить, что гроза в среднем длится час, то в
каждый данный момент в различных частях нашей планеты бу¬
шует 1800 гроз и ежесекундно сверкает 100 молний.
Наибольшее число гроз на земле разражается над островом
Ява — 223 дня (61%) в году там грохочет гром. Частота гроз ха¬
рактеризует относительный уровень их интенсивности в данной
местности. Следующими по частоте гроз районами являются
Центральная Африка (41 % дней в году), южная часть Мексики
(39%), Панама (37%), центральная часть Бразилии (27%) и Мада¬
гаскар (26%). Гроза — редкий гость в Гренландии, Исландии, Се¬
верной Норвегии, во всех районах Северного Ледовитого океана
и на северном побережье Северной Америки. За Полярным кру¬
гом гром раздается не чаще одного раза в десять лет, а над
центральной Сахарой — раз в году.
6?

В большей части Европы гром гремит в среднем одиннадцать
дней в году, а в районе Альп — восемнадцать. В южной Канаде
гроз примерно столько же, сколько в Европе, к югу северной
части американского континента число гроз постепенно увели¬
чивается: 72 дня в году в штатах, омываемых Мексиканским за¬
ливом, и почти 140 дней в южной Мексике и Панаме. В Иоганнес-
бурге (Южная Африка) наблюдается 50—60 грозовых дней в
году. Над океаном грозы бывают сравнительно редко. Исключе¬
ние составляют районы у юго восточного побережья Бразилии и
Южной Африки и моря, омывающие Малайский архипелаг и
остров Мадагаскар.
Какое число разрядов приходится на 1 кв. км в год в раз¬
личных частях планеты, пока еще точно не подсчитано. В Англии
эта цифра равна 2,5 удара на 1 кв. км в год, в самом «грозо¬
вом» районе Трансвааля (Южная Африка) 8 ударам.
Гром
Подсчитано, что чуть ли не три четверти энергии грозового
разряда расходуется на нагревание узкого канала, по которому
следует молния. За несколько десятимиллионных долей секунды
температура воздуха в канале поднимается почти до 15 00001,
при этом воздух сильно расширяется. Процесс этот, носящий ха¬
рактер взрыва, порождает мощные звуковые волны.
Гром обычно слышен за 10 км, при очень тихой погоде это
расстояние увеличивается раза в четыре. Характерные для грома
грохочущие раскаты — результат действия нескольких причин. Во-
первых, звук, порождаемый молнией на различных этапах ее
пути, проходит разные расстояния до наблюдателя. Самые гром¬
кие раскаты раздаются в том случае, когда звук поступает од¬
новременно от двух различных участков, находящихся на равном
удалении от наблюдателя. Во-вторых, каждый из последователь¬
ных ударов создает повторные звуковые волны. В-третьих, звуку
грома вторит эхо — результат отражения звуковых волн от раз¬
личных частей основания облака.
По сообщениям некоторых наблюдателей, близкие внутриоб¬
лачные разряды, в том числе и те, что поражали самолеты, часто
сопровождались слабым звуком, а иногда проходили и вовсе без
грома. Последнее вряд ли вероятно. Правильнее предположить,
что в таких случаях звук действительно был слаб и его просто не
расслышали в общем переполохе, вызванном близким разрядом
1 Как показали более поздние исследования, температура в канале
молнии доходит до 25 000—27 000° С,— Прим. ред.
63

молнии. Как и следовало ожидать, внутриоблачные разряды дают
слабый, особого рода звук; это и понятно — ведь они чаще всего
состоят только из мерцающих языков пламени, или стримеров,
каждый из которых продвигается на некоторое расстояние сле¬
дом за своим предшественником. Они почти никогда не сопро¬
вождаются резким, ярким и шумным обратным ударом, который
и производит характерный щелкающий звук, свойственный раз¬
рядам на землю. И хотя в серию мерцающих стримеров вполне
может ворваться и более мощный разряд, сопровождаемый
сильным громом, сами стримеры создают слабый шум, высотой
от 10 000 до 30 000 гц. Этот шум, напоминающий звук рвущегося
коленкора, нередко раздается при близких разрядах в воздухе
или между облаками; иногда он слышится непосредствэнно пе¬
ред тем, как раздается грохот, создаваемый обратным процес¬
сом в разряде на землю. Это «голос» ступенчатого лидера (см.
главу 4). Он отличается от резкого щелкающего звука, который
обычно слышится перед раскатом грома и который возникает,
когда стримеры от коронирующих острий на земле устремля¬
ются навстречу несущемуся к земле разряду.
По времени, прошедшему между вспышкой молнии и ударом
грома, наблюдатель может определить расстояние до молнии,
так как за 3 секунды гром проходит 1000 м. Если вспышка про¬
изошла ближе чем в 10 км, такой подсчет может оказаться не¬
верным: создается впечатление очень близкого удара, тогда как
на самом деле главный канал отнюдь не находится в непосред¬
ственной близости от наблюдателя. Ошибка может вкрасться в
тех случаях, когда часть молнии зарождается в заряженной об¬
ласти грозового облака, как раз находящейся над наблюдателем,
и молния, которая вначале движется от него в более или менее
горизонтальном направлении, затем соединяется с каналом, уже
проложенным на землю из другой заряженной области, находя¬
щейся в некотором отдалении от первой.

4
СВЕТОВЫЕ ПРОЦЕССЫ,
ВЫЗВАННЫЕ РАЗРЯДОМ МОЛНИИ
Знакомство с фактами по крайней мере
не может принести вреда.
Ч.	В. Бойс
Как уже говорилось в главе 2, Б. Франклин в 1752 г. доказал,
что молния во всех отношениях подобна длинной искре, и создал
молниеотвод. С той поры представление об электрической жид¬
кости и ее особенностях неизмеримо расширилось, а практиче¬
ским применениям ее нет числа. И все же еще совсем недавно
об одном ее проявлении мы знали немногим больше, чем Фран¬
клин. Как это ни странно, речь идет об электрической искре.
Уже давно длинные искры — намного длиннее тех, которые полу¬
чал Франклин,— создаются машинами, весьма отличающимися
от стеклянного шара Франклина. Хотя эти искры часто называют
искусственными молниями, нет никакой уверенности, что они
тождественны действительным. Длинные искры широко применя¬
лись при испытании электрического оборудования, которому
предстояло выдерживать яростную атаку электрических разря¬
дов. Только за последние двадцать пять лет удалось наконец
изучить, как развивается искровой разряд, что позволило скон¬
струировать аппаратуру, точно воссоздающую разряд молнии.
Новые открытия позволили объяснить основной механизм дейст¬
вия как молнии, так и искусственной длинной искры — механизм,
под воздействием которого за какую-то долю секунды воздух,
обычно являющийся изолятором, превращается в раскаленный
проводник, пропускающий ток не хуже меди.
Изменения в воздухе, когда искра проходит от одного конца
разрядного промежутка до другого или когда молния соединяет
пространство между облаком и землей ослепительной вспышкой,
происходят неодновременно на всем протяжении ее пути. Начи-
б Заказ 3309.	$5

наясь либо на одном, либо на другом, либо сразу на обоих кон¬
цах промежутка, там, где достигается наиболее высокая напря¬
женность поля, искра устремляется к противоположному концу
и, пробивая слой воздуха, создает проводящий канал. Единст¬
венный способ исследовать механизм искрового пробоя — это
создать прибор, который сможет наблюдать и регистрировать
весь процесс в развитии.
Необычайная стремительность протекания этого процесса
долгое время не позволяла изучить его. Как теперь известно,
электрический разряд пересекает воздушный промежуток со ско¬
ростью от 100 до 100 000 км в секунду. Самая длинная искусст¬
венная искра завершает свой путь за миллионные доли секунды.
Молнии приходится пробивать значительно более длинный воз¬
душный промежуток, и поэтому ей требуется больше времени
для создания проводящего канала. Однако и ей, чтобы покрыть
километр в воздушном пространстве, требуется всего от сотой
до стотысячной доли секунды.
Создать прибор, который мог бы регистрировать развитие
столь стремительного процесса, было в начале нашего века не¬
легкой задачей. И все же этот прибор был создан. В 1902 г. Чарлз
Бойс, один из самых остроумных исследователей молнии, пред¬
ложил для этой цели специальную камеру, которая носит его имя.
Камера Бойса
Бойс останется Бойсом.
Ричард Пейджит
Чтобы понять принцип, который положен в основу камеры
Бойса, попробуем представить себе, что молнию снимают мето¬
дом скоростной съемки киноаппаратом, делающим миллион кад¬
ров в секунду. Начавшись в какой-то точке, разряд создает че¬
рез некоторое время светящийся проводящий канал в километр
или больше длиной, поэтому последовательные кадры, отснятые
нашей воображаемой камерой, покажут нам светящиеся «щу¬
пальца», или стримеры, тянущиеся от облака к земле, либо от
земли к облаку, либо из промежуточных точек к облаку и к зем¬
ле. Изучение этих стримеров как раз и даст нужные сведения.
При современной технике такую камеру можно создать при по¬
мощи быстро вращающихся зеркал, но это будет весьма слож¬
ный и малоподвижный прибор. Бойс получил тот же результат
куда более простым путем. Если при съемке обычной камерой
быстро перемещать объектив, а затем полученное таким путем
изображение молнии сравнить с изображением, полученным ка¬
66

мерой с неподвижным объективом, то снимки могут оказаться
тождественными только в том случае, если молния появится од¬
новременно вдоль всей длины канала. Если же на каком-то уча¬
стке пути молния появилась позже, чем на остальных, движение
объектива сместит отдельные части ее изображения относительно
друг друга. Поясним это на примере. На рис. 9 а изображен раз¬
ряд молнии, снятый обычным фотоаппаратом с неподвижным
объективом. Это изображение на последующих снимках дано
пунктиром. Рисунок 9 b показывает как выглядело бы изображе¬
ние того же разряда (светящийся стример движется), снятое фо¬
тоаппаратом, в котором объектив быстро перемещается слева на¬
право (показано стрелкой). На рис. 9 с изображен разряд, движу¬
щийся от земли к облаку, а на рис. 9d тот же разряд, зародив¬
шийся в воздушном промежутке между облаком и землей и раз¬
вивающийся в обоих направлениях. Совершенно ясно, что движе¬
ние объектива сместило, или искривило, траекторию разряда,
придав ей форму, отличающуюся от той, которая получилась бы
на фотографии, снятой обычной камерой. Если разряд развивает¬
ся вниз, наблюдается смещение вправо в его нижних, или бо¬
лее поздних по времени, частях; если разряд развивается вверх,
подобным образом смещаются его верхние части. Разность сме¬
щений двух любых точек канала (АА'—ВВ', рис. 9 с), разделен¬
ная на скорость движения объектива, даст нам время, необходи¬
мое для того, чтобы стример переместился из одной точки в
67

другую. Таким образом, измерив смещение наиболее выступаю¬
щих точек канала стримера и его ветвей, мы при помощи не¬
сложного подсчета получим «расписание» движения стримера
вдоль канала.
Зная, сколько времени прошло между вспышкой молнии и
громом, нетрудно вычислить расстояние от молнии до фотоаппа¬
рата. А зная и фокусное расстояние объектива, можно установить
расстояние от одной отмеченной точки до другой и с помощью
«расписания» вычислить скорость движения стримера на всех уча¬
стках канала.
Именно этот принцип Бойс решил положить в основу при¬
бора для измерения скорости и регистрации развития стримеров.
Но прежде чем осуществить свою идею, ему пришлось немало
поразмыслить над тем, имеет ли смысл эта затея, удастся ли та¬
ким аппаратом получить смещение достаточно большое, чтобы
можно было его измерить. Ответ на последний вопрос даст не¬
большой подсчет. Практически невозможно придать объективу
скорость больше 40 000 м в час, или около 1000 см в секунду.
С другой стороны, практически невозможно измерить смещение
меньше 0,001 см. Поэтому наименьшее смещение, которое можно
зарегистрировать, соответствует промежутку времени, равному
0,001 X 0,001 секунды, то есть микросекунде. Высчитаем, какое
расстояние проходит стример за это время. Возьмем самые не¬
благоприятные условия: стример движется со скоростью света, с
наивысшей возможной скоростью движения. Свет, как известно,
перемещается со скоростью 300 000 км в секунду. За одну мик¬
росекунду он проходит 0,3 км, или 300 м. Следовательно, даже
если головка стримера движется со скоростью света, оказывается
возможным составить расписание ее движения, в котором будут
указаны точки через каждые 300 м пути. Однако разумно пред¬
положить (это подтверждается и практикой), что ни один из
стримеров не перемещается со скоростью света и, следова¬
тельно, условия для действия прибора окажутся более благопри¬
ятными.
Оставалось решить еще несколько трудных задач. Во-пер¬
вых, как перемещать объектив со скоростью примерно 40—50 км
в час и при этом оставлять его открытым в ожидании вспышки
(разумеется, это можно сделать только ночью, когда изображе¬
ние не покрывается вуалью). Бойс решил перемещать объектив
перед пленкой не прямолинейно, а по кругу. Далее, нужно было
решить, как сравнивать (с точностью до 0,001 см) два изображе¬
ния одной и той же вспышки, полученные разными камерами
(с неподвижным и вращающимся объективами). Случайные
68

ошибки, вполне возможные при наложении этих двух снимков,
так же как механическая вибрация в момент фотографирования,
исказили бы величину смещения. Бойс решил и эту задачу: он
совсем отказался от камеры с неподвижным объективом и вместо
двух аппаратов решил использовать один, но с двумя подвиж¬
ными объективами, укрепленными в противоположных точках
Рис. 10.
вращающегося диска (рис. 10 и 11). Пленка такой двойной камеры
фиксирует два отдельных изображения каждой части разряда,
причем объективы всегда движутся в противоположных направ¬
лениях. В тот момент, когда один из объективов находится над
другим, верхний объектив перемещается вправо, а нижний влево.
А когда они оказываются один против другого по горизонтали,
один движется вниз, а другой вверх. Оба объектива создают на
снимке равные, противоположно направленные смещения частей
стримера, что удваивает разрешающую способность такого ме¬
тода измерений.
На рис. 10 (1) показан принцип устройства камеры Бойса в
первоначальном виде. Предположим, что разряд происходит в
тот момент, когда объективы находятся друг над другом, а стри¬
69

мер движется вниз. Обычный фотоаппарат с неподвижной каме¬
рой даст одно изображение (2). Камера Бойса с двумя вращаю¬
щимися объективами даст два изображения (3). Причем нижняя,
более поздняя по времени часть канала, снятая верхним объек¬
тивом, сместится на снимке вправо, а снятая нижним объекти¬
вом — влево. Проведем линию pSqr соединяющую точки р и q, и
расположим оба снимка рядом (4), чтобы отрезки pS и qS оказа¬
лись параллельными друг другу (движение объективов направ-
Рис. 11. Ч. Бойс с его первой камерой.
лено к наружным частям рисунка). Развитие молнии вниз под¬
тверждается тем, что расстояние между этими параллельными
отрезками (4) больше в нижней, чем в верхней части изображе¬
ния. Разность между отрезком pq и отрезком аѳ разделим на
скорость движения объектива, умноженную на два. Так мы опре¬
делили время, которое понадобилось молнии, чтобы преодолеть
расстояние от а до р.
Читатель, наверное, отметил: мы приняли, что разряд про¬
исходит в момент, когда объективы находятся в высшей и низшей
точках своего кругового пути и движутся почти горизонтально.
Это положение объективов наиболее удобно, чтобы объяснить
принцип действия камеры Бойса. Но и при любом другом поло-
70

жени и объективов смещения, хотя и не будут горизонтальными,
неизменно останутся одинаковыми по величине. Когда объективы
перемещаются вертикально, тот из них, который двигается па¬
раллельно стримеру, удлинит изображение вертикальных частей
канала, а противоположный ему объектив даст укороченное изо¬
бражение. Эти изменения в длине легко измерить.
Объективы в камере Бойса не имели затворов, поэтому ее
можно было использовать только в ночное время, да и то в та¬
ких местах, куда не доходил свет от осветительных приборов.
Камеру устанавливали на подставку и поворачивали к фронту
приближающейся грозы, с объективов снимали колпачки. Затем с
помощью большого колеса, снабженного приводным ремнем, ко¬
торый вращал диск, объективы приводились в движение. После
каждого снимка фотопленку (или фотопластинку) приходилось
заменять. Вращение диска легко не только контролировать, но и
сохранять постоянным, если вращать объективы со скоростью,
чуть меньшей той, при которой возникают колебания камеры
резонансной частоты.
Позже, когда в Иоганнесбурге при институте геофизических
исследований (Бернард Прайс) была создана специальная лабора¬
тория по изучению молнии, в камеру Бойса внесли усовершенст¬
вования: сделали электропривод и сильно изменили саму форму
камеры. Однако основные сведения о процессе грозового раз¬
ряда были получены при помощи камер, которые почти не отли¬
чались от своей родоначальницы — камеры Бойса, сконструиро¬
ванной в 1902 г. Несмотря на все усовершенствования, ни один
из новых аппаратов так и не сумел обеспечить нас информацией
о возвратных стримерах, так как разрешающая способность ка¬
меры в этом случае должна быть не более одной микросекунды.
Первый прибор (находится в музее науки в Лондоне) вы можете
увидеть на рис. 11.
Самому Бойсу не удалось получить сколько-нибудь удовлет¬
ворительного снимка молнии, хотя он потратил на это тридцать
лет. В 1933 г. автор этих строк решил сфотографировать молнию,
используя метод Бойса. С помощью группы сотрудников в Транс¬
ваале и при поддержке южноафриканского электротехнического
института были смонтированы три усовершенствованные камеры,
которыми фотографировались молнии в течение нескольких лет.
Условия работы в Иоганнесбурге были благоприятнее, чем в Анг¬
лии, где снимал Бойс,— в Южной Африке грозы бывают летом
достаточно часто. Но даже при обилии гроз получить необходи¬
мое количество снимков, чтобы изучить процесс грозового раз¬
ряда, оказалось делом нелегким. Перед приближением грозо¬
71

вого фронта приходилось в любой час ночи доставлять камеры
и электрическое оборудование на наблюдательные пункты, рас¬
положенные на значительном расстоянии от освещенного города.
Устанавливать их необходимо было в короткий срок, чтобы за¬
снять молнию до выпадения дождя и града, которые, затемняя
канал, мешают точно измерить смещения на его изображении.
Получив первые удовлетворительные результаты, позволяю¬
щие судить о развитии наиболее ярких стримеров мы пришли к
выводу, что усилия необходимо сосредоточить на фотографиро¬
вании близких вспышек. Только они могли объяснить ряд важных
процессов, сопровождающихся сравнительно меньшим излуче¬
нием света. Снимки этих близких разрядов долго не удавалось
получить. К счастью, в числе сотрудников отряда оказался Г. Кол¬
линз— отличный механик, с головой ушедший в решение этой
новой задачи и проявивший здесь не меньше сноровки и знаний,
чем при охоте на акул и ловле крокодилов — занятий, которыми
он уже снискал себе известность среди рыбаков и охотников.
Каждый удачный снимок стоил отряду многих безрезультатных
ночей под дождем и градом. Тем не менее, пользуясь камерой
Бойса, мы за четыре года сделали более 150 отчетливых снимков
разрядов на землю, включающих около 600 отдельных ударов.
В дальнейшем, продолжая работу в нашей грозовой обсервато¬
рии, мы получили еще немало хороших снимков.
Результаты изучения фотографических
снимков разряда
В верхней части рис. 12 вы видите типичную фотографию
молнии (снята Г. Коллинзом). Эта молния состояла из восьми
ударов, которые следовали друг за другом с разными интерва¬
лами времени. Весь разряд продолжался в среднем 0,4 секунды.
Так как объектив совершал оборот за 0,04 секунды и весь снимок
был сделан за 10 оборотов, вспышки не могли фиксироваться на
пленке в порядке их появления. Пользуясь еще и дополнительной
камерой с одним медленно вращающимся объективом, мы полу¬
чали изображение серии в ее правильной последовательности.
Эта камера и обычный фотоаппарат с неподвижным объективом
довершали наше оборудование. На рис. 12 не соблюдена пра¬
вильная последовательность вспышек, в действительности удар f
был первым по времени. Центральный снимок изображает весь
разряд, сфотографированный обычным фотоаппаратом с непод¬
вижным объективом.
72

Рис. 12. Вверху — разряд, снятый камерой Бойса (снимок в
центре сделан неподвижной камерой). Внизу — снимок удара d,
сделанный двумя объективами.
73

Для того чтобы измерить смещение, возникающее при вра¬
щении линз, в нижней части рис. 12 даны два снимка одного
удара (d).
Зная, что объективы вращались в направлении, указанном на
фотографии стрелками, мы можем сделать вывод: начало удара
совпадает с точкой X (или X'), которая наименее смещена. Далее
вдоль по каналу разряда смещение увеличивается, достигая наи¬
большего значения в точке У (У'), где стример почти вплотную
подошел к земле. Видно также, что процесс развития молнии на
самом деле состоит из двух процессов. Первая часть удара ХУ
сопровождалась возвратным процессом, шедшим по тому же
пути, от У до Z (отрезок ZZ' больше, чем отрезок УУ'). Разность
между этими двумя отрезками, однако, меньше, чем между от¬
резками УУ' и XX'. Следовательно, обратный разряд проходил
значительно быстрее первой стадии.
Такое развитие типично для молний, направленных к земле.
Каждый удар включает 2 стадии: слабо светящийся лидер, уст¬
ремленный от облака к земле (причем наиболее интенсивно све¬
тится та его часть, которая находится непосредственно за голов¬
кой), и яркий возвратный стример, двигающийся по каналу,
образованному лидером, но в обратном направлении — от земли
к облаку. Серия фотографий на рис. 13 дает ряд «моментальных
снимков» лидера и возвратного стримера. Лидер движется на¬
много медленнее своего обратного двойника, поэтому снимки
серии а сняты через 0,003 секунды, а снимки серии в — через
0,00003 секунды, то есть в сто раз быстрее.
Когда молния включает в себя ряд ударов, или частичных
разрядов, как обычно и бывает, каждый из них имеет собствен¬
ный лидер и возвратный стример. Не все снимки на рис. 12 по¬
зволяют заметить это, так как в ряде случаев, когда лидеры были
слишком слабыми, камера зарегистрировала только более яркие
возвратные стримеры.
Лидеры обычно перемещаются со скоростью от 0,001 до
0,01 скорости света, то есть от 300 до 3000 км в секунду. Ско¬
рость перемещения возвратных стримеров намного больше. Во
всех ударах, за исключением первого, стримеры имеют одинако¬
вую яркость на всем протяжении канала и не разветвляются,
скорость их перемещения от ]/з до Ѵю скорости света. Разветв¬
ленные возвратные стримеры первых ударов выглядят иначе.
В каждой точке разветвления яркость й скорость возвратного
стримера резко уменьшаются. В начале пути он движется со ско¬
ростью 100 000 км в сек. (Ѵз скорости света), а в конце, у основа¬
ния облака,— 30 000 км в сек. (7ю скорости света). Скорость
74

Рис. 13.
75

Рис. 14. Ступенчатые лидеры первых ударов.
ступенчатый лидер, 2 — лидер, 3 — возвратный стример, 4 — направление движения объектива.
76

движения стримера в ветвях канала колеблется в указанных пре¬
делах. Сфотографировать лидер первого удара, особенно если
вспышка происходит на большом расстоянии, весьма трудно. Од¬
нако именно этот лидер наиболее интересен, поскольку он опре¬
деляет путь всего последующего процесса. Судя по снимкам, он
ведет себя не так, как лидеры остальных ударов. Вместо того
чтобы двигаться непрерывно, лидер первого удара перемещается
скачками (длина каждого скачка до 50 м), сопровождающимися
паузой 50 микросекунд, словно, израсходовав силы, он нуждается
в передышке, чтобы восстановить их. После паузы процесс снова
возобновляется. С каждым новым скачком все те части канала,
которые уже пройдены лидером, как бы обновляются, их яр¬
кость резко усиливается. Однако наибольшая яркость создается
всегда на последней ступени лидера, на каждой последующей
ступени лидер меняет направление, иногда образуя ветви, при¬
чем в них движение тоже носит ступенчатый характер.
На рис. 14 приведены две фотографии ступенчатых лидеров,
сделанные камерой Бойса. Снимок справа (позитивное изображе¬
ние) сделан Д. Дж. Маланом на расстоянии менее 1,5 км от
вспышки. Стрелки показывают, в какую сторону в обоих случаях
перемещались объективы. Левая часть соответствует началу про¬
цесса: хорошо видны ступенчатые лидеры, очень яркие на кон¬
цах, освещающие весь канал от основания облака до головки ли¬
дера. После ступени наступает пауза продолжительностью от 30
до 100 микросекунд. На снимке можно различить ветви канала.
Каналы возвратных стримеров, значительно более яркие, чем ка¬
налы лидеров, не получились на фотографии из-за передержки
(снимок сделан на близком расстоянии).
Ступенчатый лидер является важной подготовительной ча¬
стью разряда на землю и объясняет некоторые его особенности.
Прежде всего совершенно очевидно, что зигзагообразная форма
молнии получается в результате того, что первый удар носит
прерывистый характер и вынужден двигаться по пути, на котором
каждое случайное изменение в состоянии воздуха может приве¬
сти к отклонениям траектории молнии от прямолинейной. Во-
вторых, место удара молнии определяется на самом последнем
отрезке пути, иногда на последней сотне метров, когда ветвистый
ступенчатый лидер уже почти вплотную подошел к земле. Нако¬
нец, как показывают наблюдения, все ветви, отходящие от ствола
канала, развиваются вниз, и это объясняется тем, что они обра¬
зованы лидерами, направленными к земле.
Известно, что снимки, полученные камерой Бойса, не всегда
легко интерпретировать. Поэтому на рис. 15 мы даем серию спе-
77

сз
X 21
А
(с ^І6
<с
V
ез
X 20
‘с 1а 'Ъ
V
ез
f
г	-~мСЭ
м*
ез
9
Л 18
п.
Г)
\
о
r—f ■
/	**3
—l21z^±_
с\|
05	к
СЗ
$0
$s
V "-^cj
А	в
с^'а
£
<s
хС
Рис. 15.
78

циально подобранных изображений, которые показывают, как
развивается ступенчатый лидер. Такую серию можно было бы за¬
снять киноаппаратом со скоростью протяжки пленки 1000 кадров
в секунду. Ступени показаны сплошной черной линией, а более
слабые стримеры, связывающие их с облаком,— пунктиром.
Движение лидера в главном канале и в ветвях, как видно
на рисунке, носит случайный характер. Какие и сколько ветвей
создает лидер, целиком зависит от условий на каждом отдель¬
ном участке. Даже на последних стадиях развития лидера едва
ли можно предсказать, какое из ответвлений достигнет земли, то
есть превратится в главный канал разряда. Даже на предпослед¬
нем кадре (20) вопрос этот все еще остается без ответа. Мы не
знаем, какая из двух ветвей, а или Ь, первой коснется земли.
Только на снимке 21 видно, что в результате каких-то обстоя¬
тельств, вызванных местными условиями, возможно, близостью
дерева или здания, ветвь а получила преимущество и на конеч¬
ной стадии стала развиваться быстрее ветви Ь. Однако могло слу¬
читься, что на более раннем этапе, когда лидер преодолел только
две трети пути к земле, какое-нибудь случайное изменение в воз¬
душном промежутке вызвало более быстрое развитие ветви с,
и тогда молния ударила бы в землю где-нибудь в километре или
двух от того места, куда пришелся удар ветви а. Этот же рисунок
свидетельствует о том, что ветвь в почти уже достигла земли, ко¬
гда от конца ветви а устремился вверх возвратный стример. Ино¬
гда сразу две ветви так близко подходят к земле, что обе дают
возвратные стримеры, и тогда молния одновременно поражает
два наземных объекта. Причина такого двойного удара часто
иная. Если промежутки времени между ударами велики, прово¬
димость канала нарушается, и тогда новый ступенчатый лидер
очередного удара может изменить направление и устремиться к
новой цели на земле.
Лидеры всех следующих ударов, спускаясь по каналу, про¬
ложенному лидером первого удара, как правило, развиваются не
скачками, а равномерно и не образуют ветвей. Как видно на
рис. 12, свет, испускаемый этими лидерами, наиболее интенсивен
в головке и на протяжении примерно 50 м за ней, а затем осла¬
бевает. Если бы можно было наблюдать такой лидер невоору¬
женным глазом он показался бы нам похожим на яркую стрелу,
стремительно несущуюся вниз по каналу. По этой причине он по¬
лучил название стреловидного лидера.
Как уже говорилось, развитие возвратного стримера начи¬
нается в тот момент, когда лидер ударяет в землю. На самом же
деле стример, не ожидая «приземления» лидера, устремляется
79

ему навстречу, выбрасывая яркие пучки огней Св. Эльма, и со¬
единяется с лидером метрах в десяти от земли. Следуя далее
вверх по каналу, стример подымается также и по боковым его
ответвлениям, образованным ранее лидером, и освещает их вто-
Рис. 16.
рично. На рис. 16 воспроизводится «расписание» стримера, кото¬
рый действительно имел место. Цифрами обозначено время
(в микросекундах), требующееся стримеру, чтобы достичь каждой
следующей точки. Это время не во всех случаях удалось опреде¬
лить с точностью до микросекунды, так как некоторые части
изображения были недостаточно четкими. Стример (рис. 16) под¬
нялся по главному стволу, вернувшись в исходную точку лидера
80

(облако) через 26 микросекунд с того момента, как он оторвался
от земли. Причем скорость стримера по мере подъема по стволу
постепенно падала. Так, чтобы достичь точки а понадобилось
всего 4 микросекунды, путешествие от а до b длилось уже 6 мик¬
росекунд, а от b до с целых 16 микросекунд. Уже после того как
стример, войдя в облако, скрылся из виду, движение его по бо¬
ковой ветви d все еще продолжалось, конца этой ветви он до¬
стиг только на 35-й микросекунде.
Стремительность и яркость возвратного стримера (сейчас его
чаще называют обратным ударом) говорят о том, что именно он
является главным носителем грозового разряда. И это предполо¬
жение полностью подтверждается измерениями электрических
полей, о чем речь пойдет в следующей главе. Как только стри¬
мер достигает какой-нибудь из ветвей, она начинает ярко све¬
титься. Такое же резкое изменение света, а следовательно и
тока, возникает сразу после того, как стример войдет в облако.
Детальное изучение этих пульсаций представляет немалый инте¬
рес и, вероятно, не лишено практического значения.
Хотя возвратный стример достигает облака за какие-то доли
секунды, канал нередко продолжает светиться еще в течение зна¬
чительного времени, он как бы «впитывает» в себя рассеянные в
облаке электрические заряды. Это означает, что по каналу течет
электрический ток. Продолжительность свечения канала, а также
фактические измерения, произведенные во время разрядов, по¬
ражающих высокие здания, свидетельствуют о том, что этот не¬
прерывный поток электричества может длиться свыше полусе¬
кунды.
Существует мнение, что молнии необычно большой длитель¬
ности вызывают лесные пожары или пожары не защищенных
громоотводом зданий значительно чаще, чем разряды, сопро¬
вождаемые короткими обратными ударами. Эту точку зрения
подтверждают результаты лабораторных опытов с длинными иск¬
рами, несущими ток примерно той же величины, что и молния.
Именно с помощью этих искр удалось получить искусственные
фульгуриты и воспламенить горючие вещества. Однако и то и
другое удавалось лишь в том случае, если после окончания ос¬
новного разряда еще длительное время не прекращался элект¬
рический ток. Получить данные, подтверждающие эту точку зре¬
ния, в естественных условиях, разумеется, более чем затрудни¬
тельно.
6
Заказ 3309.
81

Начальный стример (пилот)
Как мы увидим позднее, есть все основания считать, что
скачкообразное движение первого лидера — результат сложного
процесса, который начинается еще одним очень медленным
стримером. Он испускает слишком мало света, чтобы его снимок
получился при фотографировании молнии. Скачки, или ступени,
лидера представляют собой внезапные, яркие преобразования
того пути, который проложил этот невидимый глазу стример —
пилот, как мы будем его называть. Состояние газа при разряде,
по-видимому, не может способствовать продвижению лидера,
если только в его канале благодаря периодическим внутренним
преобразованиям не восстанавливается проводимость через каж¬
дые 50 микросекунд. В промежутках между этими преобразова¬
ниями канала пилот медленно, но непрерывно продолжает свой
путь, испуская небольшое количество света, и при этом в конце
каждого промежутка его настигает, как эзопову черепаху заяц,
более быстрый и яркий лидер. Пилот был зарегистрирован с по¬
мощью специальной ультрафиолетовой камеры (см. главу 5) при
лабораторном исследовании искрового разряда. Но в естествен¬
ных условиях эти камеры еще не применялись, и поэтому мы
пока не располагаем непосредственными доказательствами суще¬
ствования пилота в разряде молнии, существования очевидного и
неоспоримого, судя по измерениям некоторых электрических ве¬
личин.
Разряды в воздухе и между облаками
Когда при помощи камер с движущимся объективом удалось
заснять разряд в воздухе, то есть разряд, не достигающий земли,
оказалось, что он, как правило, состоит из пилота и ступенчатого
лидера, иногда сопровождаемого стреловидными лидерами. Так
как эти разряды не достигают земли, они не дают возвратных
стримеров.
Там, где речь идет о межоблачных разрядах или о закрытой
облаком верхней части разряда, направленного к земле, фото¬
графический метод бессилен. Эти разряды, судя по электриче¬
ским эффектам, производимым ими, также состоят из пилота,
ступенчатого лидера и стреловидных лидеров.
Некоторые из скрытых от нас разрядов оказалось возмож¬
ным исследовать при помощи радиолокатора с такой длиной
волны (50 см), которая не рассеивается заметно водяными кап¬
лями и ледяными частицами. Канал молнии благодаря своей вы¬
82

сокой проводимости отражает радиоволны. Поскольку можно
измерить расстояние до проводящих каналов и угол наклонения
луча, этот метод, уже использованный Хьюттом в Южной Африке,
позволил установить высоту главных центров электрической ак¬
тивности, в которых зарождались отдельные разряды молнии
(стр. 94).
Ветвление первого разряда
Разветвленность первого разряда можно с полной уверен¬
ностью отнести за счет скопления под облаком положительных
пространственных зарядов. Пространственный заряд порождается
невидимыми глазу огнями Св. Эльма (см. главу 2) у поверхности
земли, а электрическое поле и ветер подымают его вверх. Под
воздействием этих зарядов путь пилота приобретает ту извили¬
стую форму, которую затем повторяет главный канал. Случайно
скапливаясь в отдельных местах, заряды способны воздейство¬
вать на стример настолько, что порой может показаться, будто
они, а не земля являются конечной целью движения разряда.
Это же объясняет, почему многие разветвленные разряды сильно
отклоняются от вертикали. Именно благодаря пространственным
зарядам возникают особенно высокие электрические поля и пи¬
лоты, перемещающиеся с очень высокой скоростью. Надо пола¬
гать, что необычно длинные и яркие ступени лидера также сле¬
дует объяснять воздействием пространственных зарядов.
Разряды, поражающие высотные здания
Картина развития разряда на землю оказалась в общих чер¬
тах одинаковой во всех странах света. В верхней части рис. 19
дана схема вертикального разряда, включающего три отдельных
Удара.
Однако нет правила без исключений. Изучая характер ударов
молнии в Эмпайр стейт билдинг, сотрудники Дженерал Электрик
Компани Мак-Икрон и Мак-Моррис (США) обратили внимание на
одно исключение. Оказалось, что разряды, поражающие это зда¬
ние, которое, подымаясь высоко вверх, чуть ли не наполовину
укорачивает путь молнии от основания облака, часто развиваются
иначе, чем в обычных условиях. Только в 25% ударов в Эмпайр
стейт билдинг развивается лидер, сопровождаемый обратным
стримером. В 75% случаев первых ударов ступенчатый лидер,
оказалось, направляется вверх от Эмпайр стейт билдинг. Скачки
такого лидера протекают так же, как у обычного, направленного
83

к земле, но развитие его не сопровождается обратным ударом из
облака. Вместо этого с образованием проводящего канала воз¬
никает сильное свечение, а электрический ток может наблюдаться
не менее секунды.
Ступенчатые стримеры, направленные вверх от высокой
башни или здания,— не что иное, как сильно разросшиеся раз¬
ряды с острий (огни Св. Эльма). Обычно электрическое напря¬
жение у поверхности земли не настолько высоко, чтобы превра¬
тить свечение, возникающее на конце высокого проводника
(здания), в стример. Это может произойти только в том случае,
если лидер, развивающийся из молнии, приблизится к стержню
примерно на 150 м. Однако, как показывают наблюдения, если
поднять громоотвод на большую высоту, например на Эмпайр
стейт билдинг, появление сильного поля около него станет воз¬
можным.
Итак, время подтвердило правильность доводов, которые
Франклин приводил в защиту громоотвода; хотя для того, чтобы
непосредственно разряжать с помощью его грозовое облако,
пришлось бы изготовлять стержни невероятной и в большинстве
случаев практически недостижимой длины.
Дальнейшее усовершенствование камеры
Бойса
Пользуясь камерой Бойса для детального изучения лидера и
некоторых процессов, происходящих в канале молнии, нельзя не
обнаружить, что в первоначальном виде она страдает сущест¬
венными недостатками. Круговой путь, по которому движутся
объективы, ограничивает длину отрезка фотопленки, на котором
можно снимать, до 30 см. В результате на снимках, регистрирую¬
щих развитие отдельных разрядов и их лидеров, очень часто
встречаются наложения. Кроме того, время, за которое лидер
спускается от облака к земле, иногда настолько продолжительно,
что на фотографии его неотчетливо видные ступени занимают
весь цикл. На таком снимке их трудно отделить от других ча¬
стей разряда, в особенности от яркого возвратного стримера.
Следовательно, по такому снимку эту стадию очень трудно изучать.
Сконструировав еще один тип камеры — с двумя неподвиж¬
ными объективами и вращающейся пленкой, Бойс до некоторой
степени преодолел указанные недостатки. Эта камера фотогра¬
фирует молнию на пленке длиной 75 см и всегда дает смещения
по горизонтали. Мы успешно пользовались ею, однако и в ней
были некоторые недостатки. Во-первых, светосила камеры огра¬
84

ничена, и, во-вторых, приходится слишком часто менять пленку,
что весьма затруднительно, так как это необходимо делать очень
быстро, чтобы не «упустить» грозу.
Позднее мы вернулись к старой технике фотографирования,
то есть сравнивали два снимка, из которых один сделан аппара-
Рис. 17.
том с подвижным объективом, а другой — с неподвижным. В ис¬
следованиях мы интересовались не «расписанием» возвратного
стримера, а развитием лидера и свечением канала, не прекра¬
щавшимся после того, как возвратный стример входил в облако.
Так как эти стадии длятся дольше 50 микросекунд, необходимых,
чтобы возвратный стример достиг облака, можно без сущест¬
венных погрешностей считать его сфотографированным обычной
Камерой с неподвижным объективом и измерять смещения, по¬
85

лученные на снимке лидера, сравнив со снимком обратного
стримера. Для этой цели достаточно одного неподвижного объ¬
ектива, причем пленка (120 см) должна наматываться на вращаю¬
щийся с большой скоростью барабан, который приводится в дви¬
жение электрическим мотором.
Малан предложил еще более удобный аппарат. Он отка¬
зался от барабана, тем самым устранив еще одну трудность.
В его аппарате не приходится снимать молнию на изогнутую
пленку. Приводным ремнем служит сама пленка, которую натя¬
гивают на вращающиеся ролики. Перед объективом пленка вы¬
прямляется благодаря давлению плоского выравнивателя, уста¬
новленного сзади.
На рис. 17 изображена камера, сконструированная Д. Дж. Ма-
ланом и Р. Длинтоном. Регистрирующая пленка Е длиной 110 см
и шириной 35 мм закреплена в приспособлениях, которые нахо¬
дятся на внутренней стороне круглой коробки, образующей кор¬
пус камеры. Отснятую пленку наматывают на катушку (устройст¬
вом, не попавшим на рисунок), и новая часть пленки сразу экс¬
понируется. Часть пленки удалена, чтобы показать вращающий
механизм. Свет от вспышки молнии поступает через отверстие D
на движущуюся призму А, а затем проходит через призму Вол¬
ластона В, вращаемую двумя шестернями со скоростью, равной
половине угловой скорости вращения призмы А, и далее через
вращающийся объектив С, который и создает изображение
вспышки на пленке. Призма Волластона (В) не дает изображению
перевернуться, пока главная призма (X) совершает свой оборот.
Призмы А, В и С приводятся в движение осью F, соединенной с
электрическим мотором. Камера обладает высокой светосилой.
Фотографирование стримера при дневном
свете
Камеры с неподвижным объективом позволили нам фотогра¬
фировать молнию не только ночью, но и днем. Мы помещали
камеру в ящик, снабженный быстродействующим затвором, пе¬
ред объективом. Затвор открывался на 0,05 секунды электромаг¬
нитом, соединенным с выходом радиоприемника. Как известно,
если открыть объектив при дневном свете, пленка засветится.
Однако в данном случае, так как пленка была длинной и двига¬
лась с большой скоростью, часть ее, которая подвергалась дейст¬
вию дневного света, составляла несколько десятков сантиметров,
и, следовательно, время экспозиции в конечном счете было не¬
сколько сотых секунды, и вуаль, в особенности при облачной по¬
86

годе, была совсем незначительной. На рис. 18 помещен снимок,
сделанный мною при дневном свете. На нем вполне отчетливо
виден стреловидный лидер, принадлежащий второму удару.
Очень слабый ступенчатый лидер первого удара на снимке не по¬
лучился. Оба удара происходили с промежутком времени в
0,019 секунды, изображения их разместились на пленке в 42 см
Рис. 18. Два удара, сфотографированные при дневном свете
с помощью быстродвижущейся камеры.
друг от друга. Свечение канала после прохождения первого воз¬
вратного стримера сильно пульсирует, что, очевидно, связано с
происходящим в облаке процессом «впитывания».
Применение дневных камер позволило получить значительно
большее число детальных изображений молнии, поскольку днем
грозы случаются гораздо чаще, чем ночью. Снимки оказались
исключительно ценными и по другой причине: полученные дан¬
ные можно было сопоставить с одновременными измерениями
электрического поля. Кроме того, они позволили сократить число
ночных съемок, что не только намного облегчило получение не¬
обходимой информации, но также сделало тяжкую жизнь иссле¬
дователей и их семей куда более сносной.

5
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
В ГРОЗОВОМ РАЗРЯДЕ
Я этого философа сперва
Хочу спросить: что есть причина грома?
(Король Лир)
Скоростные камеры (глава 4) позволили не только устано¬
вить основные стадии в развитии направленного к земле разря¬
да— ступенчатый лидер, стреловидный лидер и обратный удар —
но и указали на существование начального лидера, предваряю¬
щего весь процесс. С помощью этих камер мы накопили значи¬
тельное количество сведений о процессах, формирующих мол¬
нию, в том числе о скорости движения стримеров и об интенсив¬
ности сопровождающего их светового излучения. Но в основе
всех этих разнообразных явлений лежат электрические процессы.
Свет, излучаемый молнией,— лишь вторичный эффект, он возни¬
кает в результате изменений электрических свойств воздуха, ко¬
гда его прорезают стримеры. Попытаемся выяснить природу тех
процессов, которые происходят при грозовом разряде.
Задача эта не из легких, так как процессы эти чрезвычайно
сложны. Однако она интересна и важна не только сама по себе,
но и потому, что, решив ее, мы сумеем полнее понять механизм
процессов, предваряющих значительно более короткий искровой
разряд. Чтобы ответить на поставленный выше вопрос, мало ис¬
следовать развитие молнии фотографическим методом, необхо¬
димо также — причем по возможности одновременно—изучать
ее электрические параметры. Но и этого мало. Все полученные
нами данные необходимо сопоставить с огромным, хотя все еще
недостаточным, запасом сведений, накопленных учеными при ис¬
следовании прохождения электричества через г$зы в лаборатор¬
ных условиях,
88

Заряды грозового облака
Где бы и как бы ни возникало электричество, всегда обра¬
зуется равное количество положительных и отрицательных заря¬
дов. Электрический генератор — будь то мощная динамо-машина,
кусок стекла, натираемый шелком или грозовое облако — выра¬
батывает электрический ток, разделяя заряды противоположного
знака. В динамо-машине они уходят к противоположным полю¬
сам— положительному и отрицательному; при натирании стекла
шелком — разделяются между стеклом и шелком; в грозовом
облаке скапливаются у вершины и основания.
Исследователи, изучающие грозовые облака, почти едино¬
душно согласились с мнением Ч. Т. Р. Вильсона — одного из осно¬
воположников науки о молнии, что в большинстве случаев заряды
в грозовом облаке распределяются следующим образом: поло¬
жительные — в верхней части облака, состоящей из ледяных ча¬
стиц, а отрицательные — в основании (см. рис. 22). В главе 7 мы
расскажем о том, как генерируются заряды и как вертикальные
потоки воздуха переносят их к верхней и нижней границам об¬
лака, на расстояние нескольких километров друг от друга. Пока
же нам достаточно запомнить факт, подтвержденный многими ис¬
следователями, что основание облака несет отрицательный заряд
и в 95 случаях из 100 молния отдает земле именно этот отрица¬
тельный заряд.
Перемещения облачных зарядов,
методы их изучения
Действие электрических зарядов, подобно действию полюсов
магнита, проявляется на расстоянии. Электрическая сила в любой
точке пространства вокруг заряда говорит о существовании в ней
так называемого электрического поля. При перемещении заря¬
дов напряженность поля изменяется: возрастает, если они приб¬
лижаются к точке, где производится измерение, и исчезает, если
они исчезают (например, когда молния ударяет в землю).
Ясно, что изменения электрического поля удобнее всего
изучать с помощью приборов, установленных на поверхности
земли, где изменение поля проявляется в изменении количества
поверхностных зарядов, наведенных полем, знак которых проти¬
воположен знаку индуцировавшего их поля.
Вот почему в основу выводов о характере перемещения
Электрических зарядов на различных стадиях развития молнии
8?

были положены показания приборов, быстро регистрирующих
изменение количества зарядов, индуцированных на небольшой
площадке. Такой измерительной площадкой иногда является вы¬
резанный из земли кусок дерна. Его помещают на подставку,
укрепленную на изоляторах, и соединяют с прибором. Если нет
необходимости в «абсолютных» измерениях, можно использовать
небольшие изолированные металлические листы или обычные ра¬
диоантенны, установленные вблизи поверхности земли. Любое из
перечисленных устройств мгновенно реагирует на изменения в
электрическом поле изменением индуцированных на нем заря¬
дов. Записывающая аппаратура также должна быстро фиксиро¬
вать все малейшие изменения поля во времени (если нужно, то
после предварительного усиления). Этому требованию вполне со¬
ответствует широко применяемый в телевизорах катодный осцил¬
лограф. С его помощью можно измерить и зафиксировать все
изменения, происходящие в электрическом поле даже в течение
микросекунды. Для исследования менее быстрых изменений
вполне пригодны приборы иного типа. Очень удобно, да к тому
же не слишком дорого записывать на магнитную ленту созда¬
ваемые индуцированными зарядами переменные токи (после со¬
ответствующего усиления и подбора амплитуды). Это позволяет
снимать копии наиболее интересных частей записи.
Мы не будем останавливаться на технике исследова¬
ний, так же как не будем говорить о сравнительно простых рас¬
четах количества электрических зарядов в канале молнии в раз¬
личные моменты его развития на разных его участках. Но основ¬
ные принципы таких расчетов могут быть легко продемонстриро¬
ваны.
Исследование электричества грозовых
облаков по величине индуцированных зарядов
Напомним, что заряд облака—Q с центром, расположенным
на высоте Н над землей, создает электрическое поле, которое в
свою очередь индуцирует на всей поверхности земли равный по
величине заряд + Q. Ббльшая часть индуцированного заряда
располагается непосредственно под зарядом облака, а остав¬
шаяся часть распределяется по всей поверхности земли. На лю¬
бом плоском участке земли, находящемся по горизонтали на рас¬
стоянии D от центра облачного заряда, количество индуцирован¬
ного заряда зависит от площади участка, от Q, Н и D. Расчет на-
90

много упростится, если область, занятая зарядом облака, по
форме приближается к сфере, а ее радиус намного меньше как
Dt так и //. Зная время, прошедшее между вспышкой молнии и
ударом грома, можно легко рассчитать расстояние D. Н опреде¬
ляют по длине вспышки по вертикали, а также при помощи ра¬
диолокатора или другими косвенными путями, о которых будет
сказано ниже. Трудность возникает из-за того, что на земле ин¬
дуцированный заряд образуется в результате воздействия не од¬
ной какой-то части наэлектризованного облака или отдельного
стримера, а под влиянием многих зарядов, как далеких, так и
близких, долю участия которых в образовании индуцированного
заряда не так-то легко установить. Однако быстро меняют свое
положение только заряды в канале молнии. Они движутся так
стремительно, что изменения в поле, вызванные их перемеще¬
нием, вполне можно установить на общем фоне, относительно
неизменном в течение вспышки, длящейся около одной секу¬
нды.
Общее количество электричества,
переносимое разрядом
Измерения, произведенные в полевых условиях в самых раз¬
ных частях земного шара, показали, что полное количество элект¬
ричества, которое переносится во время удара молнии на землю,
в большинстве случаев составляет около 20 кулон, хотя может
колебаться в пределах от 2 до 200 кулон. Почти всегда это отри¬
цательный заряд, стекающий с нижней части облака. (Заряд, нейт¬
рализуемый при внутриоблачных разрядах, по величине почти та¬
кой же.) Так как среднее число ударов в каждом разряде равно
трем, то в отдельном ударе переносится около 7 кулон.
Эти цифры совпадают с результатами подсчета количества
электричества, которое получает проводник при прямом попа¬
дании в него. В отдельных разрядах это количество может быть
меньше или больше в несколько раз.
20 кулон — не такое уж большое количество электричества:
обычная электрическая лампочка расходует его за одну минуту.
Исключительная мощность грозового разряда объясняется огром¬
ным напряжением, которое создается при накоплении заряда в
грозовом облаке. Подсчитано (по заряду и размеру занимаемой
им области), что это напряжение равняется по меньшей мере
100 млн. в.
91

Данные об изменениях в поле лидера
и в поле обратных процессов
На рис. 19 показано, как меняется электрическое поле во
время развития молнии. В верхней части рисунка (а) изображены
процессы в типичном разряде, включающем три удара. Разряд
был заснят скоростной камерой, в которой пленка двигалась по
прямой, направленной так, что все более поздние ступени оказа-
Время 	►
Рис. 19.
лись смещенными вправо. Для простоты на рисунке представлена
молния, имеющая прямой вертикальный канал с одной ветвью.
На нижней части рисунка (в) изображены изменения электриче¬
ского поля, которые должны были бы наблюдаться на поверхно¬
сти земли, в 4—5 км (по горизонтали) от разряда.
По мере движения первого ступенчатого лидера вниз (а), на¬
пряженность отрицательного электрического поля (в) возрастает.
Отрицательный потенциал увеличивается до того момента (на ри¬
сунке цифра /), пока лидер не ударит в землю, а возвратный
стример не устремится вверх, за счет чего электрическое отри¬
цательное поле тотчас сильно уменьшится. То же происходит при
развитии лидера и обратного стримера во втором и третьем уда¬
рах. В конечном итоге в результате разряда образуется сильное
положительное электрическое поле, созданное положительным
зарядом, который остался в верхней части облака, не принимав¬
шей участия в разряде на землю.
Не касаясь отдельных деталей, можно уже сделать вывод об
электрических характеристиках процессов прохождения лидера и
?2

обратного стримера. Лидеры, зародившиеся в нижней, отрица¬
тельно заряженной части облака, несут отрицательный заряд и
продвигаются вниз, притягиваясь положительными зарядами
земли. Эти положительные заряды концентрируются на возвыша¬
ющихся над местностью объектах: печных трубах или деревьях,
оказавшихся в непосредственной близости от головки лидера.
Продвигаясь, стример превращает воздух в проводник в резуль-
Рис. 20.
тате от облака к земле будто спускается металлический провод.
Вся система лидера заряжена отрицательно. Лидеры последую¬
щих ударов не имеют ветвей, и заряд распределяется приблизи¬
тельно равномерно по всей их длине. Электрические процессы,
происходящие при этом, представлены на рис. 20 а, в и с.
Стекание по каналу лидера большей части заряда, скопивше¬
гося в грозовом облаке, создает постоянно усиливающуюся на¬
пряженность электрического поля между головкой лидера и зем¬
лей. Поле становится настолько сильным, что заставляет под¬
няться с земли встречный поток огней Св. Эльма, заряженный по¬
ложительно; возникает искра соединяющая его с несущей проти¬
воположный заряд системой лидера (рис. 20 d). При коротком за¬
мыкании двух проводников с разницей потенциалов в несколько
миллионов вольт возникает интенсивный электрический ток, ка¬
нал возвратного стримера сильно нагревается и начинает све¬
93

титься. Носителями отрицательного заряда лидера являются
электроны, свободные или образовавшиеся в поле при соедине¬
нии возвратного стримера с лидером. Стекая по каналу возврат¬
ного стримера, эти электроны нейтрализуют положительный за¬
ряд, индуцированный ими же на поверхности земли. Канал об¬
ладает высокой проводимостью. Температура в нем достигает
15 000°.
Подымаясь к облаку, возвратный стример отводит в землю
весь заряд, впитанный лидером из облака. Как легко видеть, в
первом и третьем ударах, изображенных на рис. 19, процесс
«впитывания» зарядов облака занимает значительное время, под¬
держивая длительно протекающий ток и непрерывное свечение
главного канала. Однако и то и другое прекращается до следу¬
ющего очередного удара.
Столб отрицательного заряда в облаке
Хотя редко удается детально рассмотреть светящуюся часть
разряда внутри облака, электрические процессы, происходящие
там, полностью проявляются в наблюдаемых у земли изменениях
поля. Как видно на рис. 19, изменения поля, созданные лидером
каждого удара (см. нижнюю часть рисунка), длятся дольше, чем
процесс развития соответствующего лидера под облаком, засня¬
тый фотоаппаратом. Увеличивающаяся с каждым ударом разница
в продолжительности обоих этих процессов может быть исполь¬
зована для подсчета расстояний, проходимых лидерами внутри
самого облака.
Существуют и другие, более удобные способы определения
этой величины. Один из них — исследование формы кривой из¬
менения поля лидера, зависящей от отношения высоты (вели¬
чина которой берется от основания лидера) к горизонтальному
расстоянию. Другой способ — с помощью локатора проследить
путь лидера через облако. В результате исследований, проведен¬
ных этими, а также другими способами, ученые пришли к неожи¬
данному выводу. Оказалось, что точки, в которых зарождаются
последовательные удары, как правило, располагаются в облаке
не хаотически, а друг над другом почти по вертикали, причем
каждая следующая расположена примерно на полкилометра
выше предыдущей. Этот вывод, подтвержденный данными из са¬
мых различных частей света, в свою очередь наталкивает на
мысль о том, что отдельные удары, составляющие молнию, как
правило, возникают в результате процесса, распадающегося как
бы на две стадии: постепенная подготовка к разряду и внезапный
94

отвод в землю (собственно разряд) заряда со всех новых и но¬
вых участков длинного, почти вертикального, отрицательно заря¬
женного столба; причем каждая следующая часть, отдающая свой
заряд, расположена над предыдущей.
На рис. 21 графически изображены результаты исследований
в различных районах Африки и в штате Нью-Мексико (США). Вы¬
сота зарождения каждого удара отложена по оси ординат, а по
оси абсцисс отложен порядковый номер удара во всей серии
ударов, составляющих один разряд. Кривая А построена на ос¬
нове многочисленных наблюдений различными методами в Аф¬
рике, кривые В и С — результаты наблюдений американских уче¬
ных методами, указанными выше. Оказалось, что в Африке ос¬
нование отрицательного столба расположено примерно на 1,5 км
выше нижней границы облака, а далее он простирается на 6 км
вверх. Столб имеет около 2 км в диаметре. Судя по отдельным
вспышкам, форма его бывает весьма разнообразной.
Вершина отрицательного столба (см. рис. 21) достигает об¬
ласти, где температура внутри облака падает до —40° (С). Это
значение температуры является критическим для переохлажден¬
ных водяных капель: как бы малы они ни были, они обязательно
превратятся в ледяные частицы. Этот факт положен в основу
теорий, объясняющих, каким образом грозовое облако генери¬
рует электрические заряды. Теории электризации грозовых обла¬
ков мы рассмотрим в главе 7.
95

Отдельные разряды: подготовительный
процесс и процесс истечения электричества
из отрицательного столба
Процесс истечения электричества из отрицательно заряжен¬
ного столба носит прерывистый характер. Это объясняется, по¬
видимому, тем, что первоначально заряженное облако является
изолятором, а не проводником. Оно представляет собой скопле¬
ние изолированных зарядов (заряженных водяных капель и ле¬
дяных частиц) и поэтому не может разрядиться без предвари¬
тельной подготовки. Чтобы возник лидер, какая-то часть облака
должна превратиться в проводник. Мириады изолированных за¬
рядов, по крайней мере в одной какой-то области, должны со¬
единиться проводящими воздушными нитями, представляющими
собой переплетение кистевых разрядов (огней Св. Эльма). Как
только паутина этих нитей распространится на значительную об¬
ласть, она превратится в отрицательно заряженный проводник,
способный поддерживать ток, достаточный, чтобы продвигать ли¬
дер к земле.
Соединительные стримеры и «спусковой»
механизм всего процесса
Из сказанного выше следует, что столб отрицательного за¬
ряда не мог бы разрядиться, если бы у его основания не возни¬
кало особенно сильное электрическое поле (своеобразный спу¬
сковой механизм), способствующее распространению сети про¬
водящих нитей, которая охватывает все большее число отдель¬
ных зарядов. Изучение электрического поля и других характери¬
стик показало, что это поле возникает между основанием столба
и областью, занятой небольшим положительным зарядом, кото¬
рую Симпсон и Скрейз, изучавшие его при помощи шаров-зон¬
дов, назвали «положительно заряженным гнездом». На рис. 22 а
это гнездо, обозначенное р\, расположено непосредственно под
областью основного заряда N. Много фактов подтверждает вы¬
вод о том, что заряд рі является обязательным, хотя и побочным
продуктом деятельности заряженного грозового облака. На са¬
мом деле, хотя гнездо (рі), вероятно, отчасти обязано своим су¬
ществованием потоку подымающихся вверх положительных
ионов, оно скорее всего образуется под действием ветра, разби¬
вающего и разбрызгивающего большие капли в основании об-
96

лака (см. главу 7) L Трудно сказать, какой из этих факторов иг¬
рает решающую роль, однако ясно, что оба они способствуют
увеличению заряда гнезда (рі), а второй фактор, кроме того, уве¬
личивает заряд М до тех пор, пока усиливающаяся в основании
облака напряженность электрического поля не вырастет до кри-
Рис. 22.
тического значения; тогда из основания облака опускаются соеди¬
нительные стримеры, нейтрализующие дополнительный заряд,
знак которого противоположен знаку основного заряда.
На рис. 22 а сеть соединительных стримеров изображена в
виде ряда разветвляющихся линий. Специальными фотоаппара¬
тами удалось заснять их свечение. Оказалось, что оно появляется
незадолго до того, как первый лидер начинает свой путь к земле.
1 Возможно и иное объяснение: заряд рі создается положительно за¬
ряженными каплями дождя, которые, выпадая из облака, оставляют в
последнем отрицательный заряд.— Прим. ред.
7 Заказ 3309.	97

Соединительные стримеры, нейтрализуя положительные и отри¬
цательные заряды, создают изменения поля флуктуирующего
типа, которые в рассмотренном случае на 18 миллисекунд опере¬
жают изменение поля, вызванное лидером. Измерив величину
и знак изменения поля, исследователи пришли к выводу, что со¬
единительные стримеры, от которых зависят эти изменения, соз¬
дают в воздухе, километрах в двух-трех над землей, широко раз¬
ветвленную сеть проводящих каналов. Скорость соединительных
стримеров по сравнению со скоростью стримеров других типов
невелика — примерно 50 км в секунду. Многие исследователи
считают, что соединительные стримеры представляют собой
блуждающие огни Св. Эльма, создаваемые заряженными кап¬
лями, которые из-за сильных электрических полей, существующих
между рі и М, приобретают вытянутую форму. Этот процесс мо¬
жно изучать в лабораторных условиях.
Разряд части отрицательного столба завершается процессом
«впитывания», который производит возвратный стример. Теперь
весь подготовительный процесс — распространение проводящей
сети — повторяется в более высоких слоях атмосферы с участием
новых соединительных стримеров. Первоначальное положительно
заряженное гнездо рі либо исчезает, либо утрачивает эффектив¬
ность, но на его месте появляется новое. Это положительный за¬
ряд р2 (рис. 22 в), который возвратным стримером (изображен
жирной линией) переносится в проводящую часть основания
столба. Связь между землей и этим новым гнездом вскоре исче¬
зает, однако оно способно действовать точно так же, как и его
предшественник,— создавать все новые соединительные стри¬
меры, устремляющиеся в новые области столба. Образующаяся
таким образом новая проводящая сеть, которая будет располо¬
жена выше прежней, превращает еще один участок столба в про¬
водник и в конце концов вызывает следующий удар. Процесс по¬
вторяется с некоторыми перерывами до тех пор, пока стримеры
не «выкачают» из столба весь его заряд (на рис. 22 с изображен
последний, пятый по счету удар).
Снимки, сделанные камерой, сконструированной специально,
чтобы фиксировать освещенность облака, показали, что соеди¬
нительные стримеры действительно постепенно «съедают» отри¬
цательно заряженный столб. С другой стороны, изучение мед¬
ленных изменений электрического поля в промежутке между
ударами (см. рис. 19) также говорит о правильности нарисован¬
ной нами картины. В редких случаях соединительные стримеры
удается различить внутри облака невооруженным глазом. Как бы
ни происходила эта подготовительная стадия, необходимая для
98

дальнейшего прерывисто протекающего процесса разрядки,— а
тут, безусловно, возможны и другие варианты — большее число
данных указывает на то, что молния (на всех этапах развития) так
или иначе зависит от этого начального периода.
Физические процессы в стримерах
Итак, молния включает в себя пять различных типов электри¬
ческих стримеров: пилот, ступенчатый стример, следующий по
проложенному пилотом пути, стреловидный стример, возвратный
стример и образованную соединительными стримерами сеть.
Каждый из стримеров представляет собой проводящую нить воз¬
духа, несущую электрический заряд, и отличается от других стри¬
меров скоростью, количеством электричества и количеством ис¬
пускаемого по мере продвижения света и тепла. Все эти различия
требуют объяснения.
Воздух обычно почти идеальный изолятор, т. е. очень плохой
проводник. Однако там, где происходит разряд молнии или про¬
скакивает электрическая искра, раскаленный воздух мгновенно
превращается в хороший проводник, и, как мы знаем, по нему
может протекать ток в несколько сотен тысяч ампер. Это происхо¬
дит потому, что воздух в канале молнии ионизируется, то есть
большая часть нейтральных молекул кислорода и азота распа¬
дается. В результате распада молекул образуются свободные
электроны и положительные ионы — положительно заряженная
часть молекулы. Свободные электроны, масса которых намного
меньше массы ионов, перемещаются в электрическом поле зна¬
чительно быстрее ионов.
Состав такой нити ионизированного газа чрезвычайно сложен
и постоянно меняется. Кроме электронов и положительных ионов,
ионизированный газ содержит также и отрицательные ионы, об¬
разующиеся при захвате нейтральными атомами и молекулами
свободных электронов (особенно активными в этом отношении
являются атомы кислорода). Как ионы, так и атомы и молекулы
благодаря столкновениям с электронами или друг с другом на¬
ходятся в состоянии внутренней неустойчивости, другими словами,
в состоянии возбуждения. Переходя из возбужденного состояния
в нормальное, они испускают свет. Такую колдовскую смесь из
ионов и электронов называют плазмой. В частности, и вещество
звезд и воздух в канале электрической дуги или искры пред¬
ставляют собой плазму.
99

Электронная лавина
Как удалось установить на основании многих лабораторных
опытов, главную роль в образовании плазмы играют быстрые
электроны, обладающие энергией, достаточной для того, чтобы
при столкновении с молекулами «выбивать» из них другие элект¬
роны. Однако это происходит только тогда, когда электроны до¬
стигнут некоторой критической скорости. Если же свободные
электроны движутся со скоростью меньше критической, то они на
своем пути сталкиваются с атомами и молекулами, не ионизируя
их, хотя молекула может перейти в возбужденное состояние и
начать испускать свет. Возникающие при этом фотоны могут иони¬
зировать другие, более слабо связанные атомы. Это явление на¬
зывается фотоионизацией. Так, сильно возбужденный атом азота
может фотоионизировать атом кислорода.
Основным условием образования и существования плазмы в
канале молнии является присутствие электрического поля, доста¬
точно сильного, чтобы перемещать электроны со скоростью, при
которой столкновения ведут к ионизации атомов и молекул.
В этом случае каждый свободный электрон выбьет электрон из
атома, с которым столкнется. Под воздействием электрического
поля энергия и скорость освобожденного таким образом элект¬
рона возрастут, и он в дальнейшем будет вести себя как первич¬
ный, освободивший его электрон, ионизируя новые атомы,— так
возникает цепная реакция. За короткое время и на предельно
коротких расстояниях первичный электрон создаст лавину свобод¬
ных электронов, исчисляемую миллионами.
Лавина не увеличивается до бесконечности только потому,
что ее источнику — электрическому полю — противостоит все воз¬
растающее в результате освобождения электронов число поло¬
жительных ионов, в конечном итоге ослабляющих действие
электрического поля. Пилот, собственно говоря, есть не что иное,
как продвигающаяся в атмосфере электронная лавина такого
рода. К этому выводу исследователи пришли на основании под¬
счетов скорости пилота (средней скорости ступенчатого процесса
в целом), совпадающей с минимальной скоростью движения ча¬
стиц в электронном облаке, которая необходима, чтобы оно по¬
стоянно поддерживало свое существование при помощи цепной
реакции. Эта минимальная скорость (по грубым подсчетам, под¬
твержденным также лабораторными исследованиями) равняется
130 км в секунду. Подавляющее большинство пилотов развивает
примерно такую же скорость. В тех немногих случаях, когда ско¬
рость пилота была намного выше указанной, в воздухе, под об¬
100

лаком, находился про¬
странственный заряд, со¬
здававший исключитель¬
но большую напряжен¬
ность поля. Усиление по¬
ля обычно также сопро¬
вождается обильным, ча¬
сто резко асимметрич¬
ным ветвлением пилота в
го время, когда он про¬
ходит область простран¬
ственного заряда.
Свет, испускаемый
пилотом, все еще не уда¬
лось заснять на пленку,
однако электрические
эффекты, обычно произ¬
водимые пилотом, как
раз характерны для из¬
менений в электричес¬
ком поле молнии (см.
рис. 19). Отсюда ясно,
что именно пилот, а не
идущий следом за ним
ступенчатый лидер, вно¬
сит заряд в воздух. Экс¬
периментаторам, рабо¬
тающим с длинными ис¬
крами в лабораторных	рис 23
условиях, удалось вы¬
явить и зарегистриро¬
вать слабый свет пилота, наиболее интенсивный в ультра¬
фиолетовой области. На рис. 23 можно видеть стример, зарож¬
дающийся в электронной лавине. Отрицательный заряд облака,
отталкивая электроны, выбивает первый электрон в точке А и со¬
здает движущую силу лавины. Самые быстрые электроны лавины
в это время уже достигли точки В, и пилот уже прошел путь от
А до В. Электроны обозначены знаком —, а задерживающие
их положительно заряженные молекулы, остающиеся позади,
точками. Чтобы представить весь процесс, на схеме пришлось
изобразить электронную лавину значительно шире, чем она бы¬
вает в действительности. При АВ = 5 см основание и самая широ¬
кая часть лавины не превышали бы 0,05 см в поперечнике. Со¬
101

вершенно ясно, что электроны не только проталкиваются вперед
полем облака, но и притягиваются назад положительно заряжен¬
ными молекулами, из которых они были выбиты. Обе эти силы
действуют в противоположные стороны. Ближайшие положитель¬
ные ионы тормозят развитие лавины и, не позволяя ей беско¬
нечно увеличиваться, как бы держат под своим контролем. Имен¬
но поэтому электроны в головке лидера движутся со скоростью,
лишь немного превышающей минимальную скорость, требуемую
для поддержания ионизации. Локальные различия в физическом
состоянии воздуха через который проходит лидер оказывают
сильнейшее влияние на направление его движения, смещая и
изгибая траекторию.
Условия, создающиеся в канале вслед за продвижением
электронной лавины — головки лидера, осложняются еще дру¬
гими процессами. Дело в том, что свет, испускаемый ранее воз¬
бужденными молекулами и атомами сопровождает стример
на всем пути следования. Как молекулам, так и атомам требует¬
ся очень незначительное время, чтобы вернуться в нормаль¬
ное состояние и излучить фотон (10“7~ 10""8 секунды в зави¬
симости от характера атома и природы возбуждения). По¬
этому свечение, испускаемое любым стримером — не только пи¬
лотом,— как бы задерживается по отношению к движению го¬
ловки и принимает форму светящейся стрелы. В какой мере про¬
цесс фотоионизации способствует высвобождению электронов
перед головкой стримера, до сих пор не установлено, хотя в по¬
следнее время получено уже немало данных о фотоионизации
кислорода азотом — весьма частом явлении в электрических раз¬
рядах.
Стреловидный лидер
До сих пор речь шла о пилоте, электрической лавине
и тлеющем разряде, продвигающихся в практически неионизи-
рованном воздухе. Лидеры ударов, следующих за первым уда¬
ром через небольшой промежуток времени, обладают преиму¬
ществом: они движутся по каналу, уже очень сильно ионизиро¬
ванному возвратным стримером предшествующего удара. Это
значительно облегчает продвижение лидеров, так как на их пути
уже существуют электроны, либо свободные, либо очень слабо
связанные в атомах кислорода. Таким образом, перед головкой
такого лидера электрическое поле все время образует электрон-
1 И структура электрического поля.— Прим. ред.
102

ные лавины, и он, словно лягушка, продвигается короткими скач¬
ками от одной лавины к другой. В результате лидер продвигает¬
ся намного быстрее, чем электроны в любой лавине, движущейся
впереди лидера. Само собой разумеется, что скачки лидера бу¬
дут тем эффективнее, а его скорость тем выше, чем меньший
промежуток времени отделяет его от предшествующего удара,
так как в этом случае канал, по которому он движется, потеряет
меньше свободных электронов за счет рекомбинации и других
процессов. Именно по этой причине все стримеры, движущиеся
вдоль предварительно ионизированного канала, как показали
наблюдения, имеют значительно большую скорость, чем пилоты.
Со скоростью пилота они движутся в том случае, когда проме¬
жуток времени между ударами относительно велик и канал уже
успел «забыть свое прошлое».
Соединение лидера с землей
Лидер по мере продвижения резко изменяет состояние воз¬
духа в канале, превращая каждый кубический сантиметр его в
раскаленную плазму, содержащую бесчисленное количество
(миллионы миллиардов) электронов и положительных ионов.
Часть канала молнии, представляющая собой плазму дугового
разряда, имеет всего несколько миллиметров в диаметре и не¬
сет основной электрический заряд из той части грозового обла¬
ка, где возник разряд. Вокруг же образуется так называемая ко¬
рона, или тлеющий разряд. Диаметр его значительно больше —
около 5 м.
Мы уже видели, каким образом эта заряженная система,
приближаясь к земле, вызывает положительно заряженный воз¬
вратный стример. Располагая теми данными, которые накопились
к настоящему времени, мы можем подсчитать, на каком расстоя¬
нии от земли (или вернее, от предмета, возвышающегося над
землей) это произойдет. На основании такого подсчета можно с
достаточной точностью установить, какой силой притяжения об¬
ладает громоотвод и каков возможный радиус его защитного
действия. Эти подсчеты, имеющие большое значение при разра¬
ботке защитных систем для электросети, были сделаны Голдом.
Возвратный стример
Движущийся вверх от земли положительный стример есть
не что иное, как обратный удар. Этот процесс особенно быст-
103

рый и бурный, что объясняется ус¬
ловиями его развития. Распростране¬
ние возвратного стримера поддержи¬
вается электронной лавиной. Однако
в этом случае силы, действующие на
нее, противоположны тем, которые
действуют на нее в головке лидера,
электроны, движущиеся в простран¬
стве перед головкой положительно
заряженного стримера, притягивают¬
ся им, а не отталкиваются. Причем они
по-прежнему с большой скоростью
устремляются вниз, ионизируя и воз¬
буждая молекулы и порождая лави¬
ны. Этот процесс можно сравнить с
тем, что происходит, когда в полый
узкий цилиндр, несущий значитель¬
ный отрицательный заряд, вводят за¬
земленный проводник. Цилиндр ин¬
дуцирует на проводнике значитель¬
ный положительный заряд, и поэтому
внутри цилиндра возникают сильные
электрические поля. Так как лидер
несет огромное количество электро¬
нов, то под воздействием этих полей
электронные лавины ринутся вниз по
положительно заряженному каналу,
оставляя за собой канал, обладающий
высокой проводимостью (рис. 24). Фотоионизация к этому вре¬
мени достигает большой интенсивности. Вот почему положительно
заряженная головка возвратного стримера движется вверх от
земли с огромной скоростью, несмотря на то, что положитель¬
ные ионы сами по себе относительно малоподвижны.
На рис. 24 области более или менее постоянной ионизации
нанесены точками; направление движения электронов в сильных
полях указано стрелками. Воздействие сравнительно малопод¬
вижных положительных ионов на развитие остаточного положи¬
тельного заряда указано направленной вверх стрелкой со зна¬
ком + . Именно этот процесс вызывает наиболее сильный ток и
самое сильное на протяжении всего разряда испускание света.
Так как стример движется вверх, электроны, как в стволе, так и
в ветвях лидера направляются вниз, к земле, а первоначально
отрицательно заряженные части облака разряжаются. Естествен¬
104

но, что в первых ударах обратный процесс достигает максималь¬
ной интенсивности в самом начале, когда области, которые про¬
ходит головка стримера, еще сильно ионизированы лидером,
миновавшим их всего несколько микросекунд назад. Чем выше
подымается возвратный стример, тем больший промежуток вре¬
мени отделяет его от времени прохождения лидера. Значитель¬
ное количество электронов в канале лидера к этому времени ре¬
комбинирует с ионами, поэтому стример утрачивает первоначаль¬
ную скорость. В последующих ударах, когда между ионизацией,
вызванной прохождением лидера, и возвратным стримером про¬
ходит значительно меньший промежуток времени, снижения ско¬
рости стримера не наблюдается.
Обратные процессы в ударах, следующих за первым, дол¬
жны протекать быстрее потому, что ко времени их возникнове¬
ния воздух на всем протяжении канала до самой земли уже ио¬
низирован. И действительно, токи последующих ударов нара¬
стают стремительнее, чем токи первого удара.
Развитие ступени
Развитие во времени процесса разряда между облаком и
землей исследовалось как с помощью фотокамер, так и путем
измерения происходящего во время грозы изменения напря¬
женности электрического поля. Данные, полученные тем и дру¬
гим методом, говорят о том, что через каждые 30—90 м пути
пилот превращается в более яркий лидер. Ученые по-разному
объясняют это явление. Все, однако, сходятся на том, что причи¬
на «разрушения» пилота кроется в его внутренней неустойчиво¬
сти. Так или иначе, но он то и дело останавливается и
превращается в дуговую форму разряда — лидер. Чем бы ни
было вызвано это преобразование (по-моему, оно связано с тем,
что пилот ослабляет электрическое поле позади себя, так как ато¬
мы кислорода захватывают свободные электроны в его арьер¬
гарде), внезапное превращение коронного разряда в дуговой
разряд позволяет лидеру увеличить скорость продвижения. Те¬
перь он уже развивается со скоростью очень быстрого стрело¬
видного лидера и вскоре догоняет предыдущий пилот. Как толь¬
ко это произойдет, пилот совершит очередной скачок и весь
процесс повторится в том же порядке.
105

Изучение прямого попадания
молнии в проводники
Большое внимание исследователи уделяют определению ве<
личины тока и его колебаний во времени в головке молнии. Та¬
кие сведения необходимы при изготовлении электрического обо¬
рудования, прежде всего при расчете приборов, используемых в
опытах с искусственными молниями: исследователи должны быть
уверены, что изоляторы, трансформаторы, словом вся необ¬
ходимая аппаратура, сможет противостоять разрушительной
силе разряда. Кроме того, без достаточных данных о величине
тока невозможно совершенствовать грозозащитные устрой¬
ства.
Чтобы изучать удар молнии непосредственно, его «ловят»
при помощи аэростатов, металлических стержней, установленных
на вершинах гор, громоотводов, помещенных на крышах таких
высоких зданий, как Эмпайр стейт билдинг, и т. д. К нижнему
концу этих «молниеприемников» подключают регистратор вели¬
чины тока. Для измерения наибольших значений величины тока
изобретательные исследователи придумали использовать оста¬
точные магнитные поля, возникающие при определенных усло¬
виях в стальных предметах. Такие калиброванные стальные стер¬
женьки называются магнитными регистраторами.
Оказалось, что наиболее сильные токи протекают вдоль ка¬
нала молнии в первые несколько микросекунд развития воз¬
вратного стримера, то есть в момент «соединения» облака с
землей. В течение первых 10 микросекунд величина тока дости¬
гает максимальных значений, а за последующие 20—100 микро¬
секунд уменьшается вдвое. Далее ток может еще течь продол¬
жительное время, но величина его уже будет невелика.
Максимальное зарегистрированное значение тока молнии —
260 000 а, однако чаще всего приходится иметь дело с молния¬
ми, сила тока которых составляет 30 000 а. Примерно в 10%
всех зарегистрированных молний сила тока превышала 100 000 а.
По данным Берже, проводившего наблюдения в Швейцарских
Альпах, сила тока молнии достигала 200 000 а, а продолжитель¬
ность разряда намного превышала обычную. Молнии, зарегистри¬
рованные в Альпах, несли к земле положительный заряд. Оче¬
видно, они зарождались в верхней, положительно заряженной
части облака, которая в районе Альп, особенно на более позд¬
них стадиях развития облака, оказывается сравнительно близко
к земле. Такие «гигантские» разряды обладают огромной разру¬
шительной силой.
106

Длинная искра
Изучение молнии побудило ученых вплотную заняться иссле¬
дованием процессов, происходящих в длинной искре. Развитие
длинной искры — процесс еще более короткий, чем развитие
молнии, так как длина ее не превышает нескольких метров. По¬
этому для работы с этими «искусственными» молниями необхо¬
дима аппаратура, дающая возможность различать процессы, про¬
текающие за доли микросекунды (0,04 микросекунды и менее).
Свечение наиболее слабых стримеров здесь еще слабее, чем све¬
чение пилота в молнии. Большинство этих процессов приходится
наблюдать с помощью специальных фотоэлементов и электронно¬
оптических преобразователей или скоростных камер с особыми
объективами, пропускающими ультрафиолетовые лучи. Однако,
с другой стороны, работа с искусственной молнией дает иссле¬
дователю ряд преимуществ. Прежде всего, он может наблюдать
канал искры с очень близкого расстояния. Во-вторых, он может
контролировать условия, в которых возникает и протекает раз¬
ряд. Наконец, он может в любой момент выключить источник
питания, прервав процесс развития искры, и таким образом за¬
снять ее, когда яркий возвратный стример не заслоняет собой
более слабый лидер.
С помощью специальной аппаратуры удалось многое узнать
о процессе развития длинной искры. Оказалось, что если разряд
происходит между двумя заостренными электродами, лидеры
начинают развиваться одновременно у обоих полюсов и, пере¬
мещаясь в разрядном промежутке навстречу друг другу со ско¬
ростью 150 км в секунду, соединяются примерно посредине раз¬
рядного промежутка. Заряд при этом нейтрализуется со взры¬
вом.
Если искра возникает между заостренным стержнем и пло¬
скостью, лидер с острия развивается быстрее, независимо от то¬
го, где положительный, а где отрицательный полюс. Судя по на¬
блюдениям, он развивается точно так же, как лидер молнии.
Вначале образуется слабый, но видимый пилот — тлеющий раз¬
ряд в форме «пучков», который периодически преобразуется в
дуговой разряд с узким каналом. В лабораторных условиях сту¬
пени лидера имеют обычно до сантиметра в длину. Подобный
ступенчатый лидер наблюдается также в начальной стадии раз¬
вития длинной искры в масле или в воде.
Сходство с молнией увеличивается в том случае, когда иск¬
ра развивается между отрицательно заряженным острием и по¬
ложительно заряженной или заземленной плоскостью. Отрица¬
107

тельный стример, продвигающимся примерно с той же скоро¬
стью, что и первый лидер молнии, опускается с острия до тех
пор, пока не встретится с коротким соединительным стримером,
поднимающимся с поверхности; после этого вдоль канала стре¬
мительно проносится возвратный стример.
Когда разряд происходит между положительно заряженным
острием и отрицательно заряженной плоскостью, лидер, подоб¬
но лидеру, возникающему над Эмпайр стэйт билдинг, несет по¬
ложительный заряд. В случае разряда между двумя остриями
или шарами стримеры начинают развиваться от обоих электро¬
дов одновременно, однако положительный, более быстрый ли¬
дер перекрывает разрядный промежуток, не дожидаясь встречи
с отрицательным стримером.
Немного цифр
Разность потенциалов между заряженными областями в верх¬
ней и нижней частях облака, а также между основанием облака
и землей непосредственно перед вспышкой молнии достигает
ста, а иногда и тысячи миллионов вольт.
После удара молнии заряд в облаке восстанавливается за
счет процесса, поддерживающего ток 7 а (см. главу 7). Если бы
ничто не препятствовало накоплению электричества, заряд об¬
лака мог бы восстановиться примерно за 5 сек. Однако неиз¬
менно возникающие в облаке токи утечки приводят к тому, что
процесс полного восстановления заряда занимает 20 сек. и более
в зависимости от условий в облаке.
В отдельных ударах обычно нейтрализуется заряд от 2 до
10 кулон, а в течение всего разряда чаще всего 20 кулон, хотя
наблюдались разряды, в которых уничтожался заряд 160 кулон.
Наиболее часто встречающееся пиковое значение тока возврат¬
ного стримера — 30 000 а, а наибольшее значение, которое ког¬
да-либо наблюдалось, достигает 200 000 а.
Среднее значение энергии, выделяемой при разряде на зем¬
лю, 5 млн. ккал, большая часть этой энергии превращается в
тепловую и звуковую. В облаке, где молнии вспыхивают каждые
20 секунд, накопленная электрическая энергия расходуется со
скоростью тысяча миллионов джоулей, что равносильно мощно¬
сти 1 млн. квт.

6
ЗАЩИТА ОТ МОЛНИИ
Не догадки и теории профессоров и фи¬
лософов, а достоверные опыты — вот что
дает нам неопровержимые доказатель¬
ства.
Уильям Гилберт, 1600
В первых двух главах мы говорили о том, каким поистине
революционным шагом явилось установление громоотводов на
церквах и общественных зданиях. Однако значение громоотвода
для защиты от молнии все еще не признано в полной мере, и, по
официальным данным, в США не более Vs зданий, которые мо¬
гут подвергнуться разрушительному действию молнии, защище¬
ны от нее. Подобное безразличие владельцев зданий, как отме¬
чено в отчете Бюро стандартов США за 1915 г., объясняется
многими причинами. Не последнее место принадлежит здесь то¬
му впечатлению, которое оставили не очень щепетильные агенты
различных компаний.
«Какой бы ни была конструкция громоотвода, его цена была
непомерно высокой. К тому же его устанавливали, не соблюдая
необходимых правил. Стремление произвести большее впечат¬
ление при минимальной затрате труда и материала неизбежно
сказывалось на качестве установки. Громоотвод заземляли невер¬
но — конец проводника уходил в землю всего на несколько сан¬
тиметров. В результате сотни людей вместо полезного устрой¬
ства получили кусок железа, годный разве что служить предме¬
том для шуток со стороны тех, кто, не в пример незадачливым
владельцам громоотводов, не поддался на уговоры предприим¬
чивых агентов» (О. С. Питерс. Технологический отчет, № 56,
1915).
Лучшими свидетельствами в пользу франклиновского стерж¬
ня являются отчеты страховых компаний США. Авторы отчетов
придают особое значение пособиям, которые приходится выпла-
109

чивать, чтобы возместить нанесенные молнией убытки; они со¬
поставляют суммы, выплаченные владельцам защищенных и не¬
защищенных зданий. Так, в штате Айова за 5 лет (1919—1924)
молния была причиной 924 пожаров, причем в 874 случаях (95%)
сгорели незащищенные здания и лишь в 50 (5%) — здания,
снабженные громоотводом. Эта разница не может быть отне¬
сена за счет малого числа защищенных зданий: в сельских мест¬
ностях, где отмечено наибольшее число пожаров, количество
защищенных и незащищенных зданий почти одинаково. Из этих
данных и сведений, собранных в других штатах, совершенно яс¬
но, что хотя некоторые громоотводы и оказались установленны¬
ми неправильно, в целом они обеспечивали надежную защиту.
Установлено, что крытое дерном, соломой или сеном зда¬
ние фермы в 50 раз меньше подвержено действию молнии, если
оно защищено громоотводом. Многие страховые компании США
либо вовсе отказываются страховать незащищенные строения на
фермах, либо требуют дополнительной платы, ссылаясь на повы¬
шенную опасность пожара от молнии.
Такие же сведения получены и из других стран. Так, по дан¬
ным отчета д-ра Ван-Глика, сделанного им для Голландской ака¬
демии наук, дома, крытые черепицей или шифером и снабжен¬
ные громоотводом, в семь раз реже подвергаются пожару от
молнии, чем такие же, но незащищенные здания.
Однако, несмотря на все эти цифры, свидетельствующие в
пользу громоотвода, в стране, где он был изобретен, молния все
еще собирает немалую дань с незащищенных строений. По мне¬
нию Национального комитета страховых агентств США, в 1921 г.
молния занимала шестое место в ряду причин, вызывающих по¬
жары. Прямые убытки, причиненные пожарами от молнии,
достигали в среднем 12—15 миллионов долларов. Косвенные убыт¬
ки из-за перебоев в работе промышленных предприятий и фер¬
мерских хозяйств были еще больше. В Голландии в списке при¬
чин, вызывающих пожары, молния стоит на третьем месте, усту¬
пая в этом отношении лишь «небрежности в обращении с огнем»
и неисправным дымоходам.
Факторы, которые нужно учитывать
при защите от молнии
Решая в каждом отдельном случае вопрос о необходимости
грозозащиты, необходимо принимать в расчет ряд соображе¬
ний. Во-первых, нужно знать частоту и интенсивность гроз в дан¬
ной местности: в районах, где грозы бывают редко, защиты тре¬
110

буют лишь особо важные здания и строения из легко воспла¬
меняющихся материалов. Затем следует обратить внимание на
местоположение дома: молния скорее поразит дом, одиноко
стоящий на вершине холма, чем дом в открытой местности, осо¬
бенно в глубокой долине.
В густо застроенных городах с высокими деревьями, прово¬
дами и телеграфными столбами риска меньше, чем в открытой
местности, но и здесь молния все же может угрожать жизни
человека. В крупных городах много больших железобетонных
зданий, при возведении которых не уделялось достаточно вни¬
мания электрическому соединению (связыванию) стальной ар¬
матуры. Если такое здание не защищено, молния, ударившая в
него, может стать причиной несчастных случаев и даже гибели
его обитателей. Не меньшего внимания требуют трубы и водо¬
напорные башни, от бесперебойной работы которых зависит
нормальная жизнь больших городов. Чтобы не портить внешний
вид монументов и общественных зданий, защитные устройства
для них рекомендуется планировать еще при проектировании.
Защитная система, обеспечивающая зданию абсолютную безо¬
пасность, требует больших расходов и оправдывает себя лишь
в тех случаях, когда она сооружена на складах, где хранятся
взрывчатые или легковоспламеняющиеся вещества. Она пред¬
ставляет собой металлический каркас с тщательно соединенны¬
ми стыками и хорошим заземлением. Почти такой же степени
безопасности можно достигнуть, заключив здание в заземленную
клетку из медной сетки, как это сделал в 1865 г. Мельзен с брюс¬
сельской ратушей. Подобной «фарадеевской клеткой» является
Эйфелева башня (Париж) — молния, попадая в нее, не наносит
ни малейшего вреда ее многочисленным посетителям.
Таким образом, обеспечивая защиту от молнии, в каждом
отдельном случае нужно учитывать все указанные факторы. При¬
чем, надо стремиться обеспечивать лучшую защиту, чем требует¬
ся по теоретическим расчетам. Чтобы понять, зачем вводится
это требование, выясним, какую защиту обеспечивает металли¬
ческий стержень и что необходимо знать для правильной уста¬
новки защитной системы.
Какую защиту обеспечивает
металлический стержень
Роль громоотвода заключается в том, чтобы принять на себя
удар молнии, который в противном случае пришелся бы на дру¬
гие части здания. Это будет достигнуто, если громоотвод имеет
111

Рис. 25.
Рис. 26.
112

необходимую высоту и хорошо заземлен. Высота и хорошее за¬
земление стержня обеспечивают быстрое развитие стримера, на¬
правленного со стержня вверх; длина этого стримера превышает
длину любого другого возможного стримера, и, следовательно,
именно этот стример соединяется с лидером, спускающимся из
облака, и отводит заряд облака через проводник в землю. Обыч¬
ная длина стримера, поднимающегося от стержня, 5—10 м.
Еще когда устанавливали первый громоотвод, возникли спо¬
ры о размерах зоны, в пределах которой он способен обеспе¬
чить надежную защиту. Споры продолжаются и сейчас. Дейст¬
вительно, если речь идет о полной защите от любого вида раз¬
рядов, вопрос этот не так-то легко решить. Если лидер дости¬
гает земли, сильно отклонившись от вертикали, или несет заряд
значительно меньше обычного и, следовательно, не обладает до¬
статочной силой, чтобы притянуть к себе положительный стри¬
мер от громоотвода, в таком случае он способен «выйти из
повиновения» и ударить в здание, которое в других условиях мо¬
жет считаться вполне защищенным от молнии. Случаи эти срав¬
нительно редки. Если не принимать их во внимание, можно сме¬
ло говорить о зоне, внутри которой громоотвод обеспечивает
надежную защиту, то есть о зоне, в пределах которой лишь од¬
на из 100 молний не будет «уловлена». Чтобы защитить обычный
небольшой дом, вполне достаточно металлического стержня —
даже в местности с большим количеством гроз он будет исправ¬
но служить не только самому хозяину, но и его детям и внукам.
Иначе обстоит дело с заводом, производящим динамит,— в этом
случае стержень, безусловно, не обеспечит достаточной защиты.
По данным последних теоретических и статистических иссле¬
дований, стержень надежно защищает (почти от любого вида
разрядов) пространство, ограниченное поверхностью конуса, вер¬
шина которого совпадает с верхним концом стержня, а радиус
основания равен длине стержня. На рис. 25 изображен такой ко¬
нус. Из трех молний А, В и С только молния С, путь которой
лежит вне защищенной зоны, ударит в крышу церкви. Молнии
А и В должны были бы ударить соответственно в точки D и Е на
крыше церкви, но они пройдут через молниеотвод в землю.
На такой крыше, если только она не железная и не соеди¬
нена с землей, необходимо установить дополнительные стрежни
(рис. 26), так, чтобы все здание оказалось покрытым защитны¬
ми конусами.
Время от времени появляются предложения вместо услов¬
ного конуса с радиусом основания, равным длине стержня, при¬
менять конус, радиус основания которого по крайней мере в
8
Заказ 3309.
113

два раза больше стержня. Эти предложения основаны на том,
что при ныне существующих правилах якобы недооценивается
защитное действие стержня. Однако доказывают эти предложе¬
ния не статистическими данными (по ним-то как раз даже стан¬
дартный конус с углом раствора 45° не обеспечивает 100-про¬
центной безопасности), а весьма несовершенными опытами с так
называемой искусственной молнией, иначе говоря, с искрой, по¬
лучаемой в лаборатории, и макетами домов. Не касаясь вопроса
о практическом значении таких опытов, заметим, что искры не
могут в должной мере служить моделью молнии, так как с их
помощью невозможно моделировать отрицательные лидеры.
Поэтому, когда требуется достаточно. надежная защита от мол¬
нии, защищенной можно считать только ту зону, которая лежит
внутри «стандартного» конуса. Но все равно мы не получим
100-процентной гарантии, что внутрь этого конуса не ударит од¬
на из тех молний (их, правда, очень мало), слабо заряженные
первые лидеры которых не смогут вызвать возвратного стриме¬
ра на заостренной части стержня (за исключением тех случаев,
когда молния проходит очень близко от проводника). По иро¬
нии судьбы один из первых громоотводов, установленный
в 1772 г. по совету Франклина на пороховом складе в Перфлите,
не защитил здание от молнии, все-таки проникшей в защитный
конус. Молния, ускользнувшая в этом случае от громоотвода,
оказалась, как и следовало ожидать, очень слабой и повредила
лишь несколько кирпичей кладки.
Железобетонные здания.
Здания с железными крышами
Здания, крытые оцинкованным железом и снабженные во¬
досточными трубами, обычно, даже в районах с большим коли¬
чеством гроз, не страдают от ударов молнии, если кровельные
листы тщательно соединены друг с другом, а трубы имеют хо¬
роший контакт с землей. Но и в этом случае не мешает снаб¬
дить дымоходы защитными стержнями. Примером того, что при
небрежном заземлении железной крыши опасность далеко не
исключена, являются два несчастных случая в Иоганнесбурге.
Пострадавшие находились между двумя крытыми железом ан¬
гарами, причем крыши были не заземлены, а опирались на изо¬
лирующие бетонные стены. Как выяснилось впоследствии, меж¬
ду зданиями, где произошли несчастные случаи, была проложе¬
на водопроводная труба, которая притягивала вторичные разря¬
ды, возникающие при попадании молний в крыши.
114

Если стальная арматура железобетонного здания имеет пра¬
вильное соединение и заземление, его можно считать надежно
защищенным от молнии. Если же необходимые правила не со¬
блюдены, ток молнии, направляясь от фундамента здания к
верхним этажам, может стать причиной появления опасных
трещин.
Общие принципы устройства защитной
системы
Защитная система состоит из трех основных частей. Сюда в
первую очередь входят стержни, устанавливаемые на крыше или
на трубах здания. Вершины стержней образуют ряд конусов, не¬
обходимых для защиты здания. Такие стержни называются мол-
ниеприемниками. Заостренность концов никак не влияет на их
полезные качества.
Кроме того, в защитную систему входят медные или желез¬
ные проводники (стержни или ленты), связывающие молниепри-
емники между собой и с находящимися внизу проводниками,
концы которых заземляются. Проводники должны быть такой
толщины, чтобы, не перегреваясь, могли выдержать в течение
короткого времени сильный разрядный ток. Нет необходимости
изолировать эти проводники от крыши или стен здания, за иск¬
лючением тех случаев, когда здание покрыто соломой или трост¬
ником. На проводниках не должно быть резких изгибов, иначе
ток возвратного стримера направится по другому пути и вызо¬
вет побочные вспышки (искрение). Известен случай, когда защит¬
ная система отказала именно из-за резких изгибов проводников:
в 1829 г. взорвался, казалось бы, хорошо защищенный пороховой
склад в Байонне (Франция). На высоте 60 см от земли проводник
согнули под прямым углом и затем, протянув его с помощью
деревянных столбиков на расстояние 10 м параллельно земле,
заземлили в канаве. Однако ток молнии отказался следовать по
предписанному пути, и произошел взрыв.
Необходимо также следить, чтобы проводники не ломались
и имели хороший контакт в местах соединений. Но таким недо¬
статкам можно не придавать слишком серьезного значения, так
как ток молнии вполне может «перескочить» через плохие сое¬
динения и даже маленькие поломки в проводнике.
Много споров вызвал вопрос о том, какой металл следует
использовать для проводников и молниеприемника. Сперва их
изготовляли из железа, и при правильной установке системы они
давали хорошие результаты. Однако хорошо известен случай,
115

когда выбор материала для проводников оказался не совсем
удачным. В 1939 г. в Париже от молнии пострадал дом инвали¬
дов: железная проволока, использованная в качестве проводника,
не смогла выдержать ток. Позднее, когда медь стала более до¬
ступной, она в значительной мере заменила железо. Теперь медь,
безусловно, занимает ведущее место, так как гораздо меньше
железа подвержена коррозии. Однако оцинкованное железо не
хуже меди сопротивляется коррозии. В 1892 г. сэр Оливер Лодж
выступил в защиту железных проводников, считая, что более вы¬
сокое сопротивление такого проводника сглаживает колебания
тока разряда и тем самым исключает возможность удара в зда¬
ние вторичных разрядов от проводника. Мы, правда, знаем те¬
перь, что таких колебаний нет, а значит, этот довод в пользу же¬
леза отпадает. Однако приходится принимать в расчет, что же¬
лезная конструкция гораздо дешевле, а это не последний довод
там, где громоотвод служит фермеру.
Третьей частью защитной системы является заземление. Если
заземление проведено небрежно, молния, притянувшись к гро¬
моотводу, пройдет по проводникам, но не сможет легко уйти в
землю; тогда, выбрав какой-либо другой путь, она может нане¬
сти зданию ущерб. В любом случае, будь то прямой стержень,
трубка или большая медная пластинка, устанавливаемые верти¬
кально, заземление должно, по возможности, достигать влажных
слоев почвы. Если почва настолько суха и камениста, что сделать
этого нельзя, рекомендуется либо соединить проводник с водо¬
проводной трубой (само собой разумеется, что соединять его с
газовыми трубами опасно), либо проложить систему радиальных
медных стержней (или стержней из оцинкованного железа) в ка¬
навах, окружающих здание. Однако было бы неверно (в некото¬
рых случаях это практикуется) посыпать место заземления солью.
Соль, возможно, и задерживает влагу, но ее присутствие приво¬
дит к быстрой коррозии металлического заземления. Сопротив¬
ление заземления должно быть как можно ниже, но на практике
вполне приемлемы значения сопротивления до 10 ом. Если почва
суха и сопротивление превышает эту цифру, необходимо принять
особые меры; как уже было сказано выше, нужно либо увели¬
чить число заземлений, либо использовать водопроводные трубы.
Там, где сухая почва тонким слоем покрывает скалистое ос¬
нование, далеко не просто провести заземление по всем прави¬
лам: разве что постоянно поддерживать место заземления во
влажном состоянии. Мне довелось быть свидетелем случая, когда
молния, ударившая в плохо заземленный проводник, не смогла
уйти в землю и устремилась в дырку, просверленную для про-
116

водника в стене дома, прошла по железу фундамента, достигла
арматуры железобетонного пола и, пробив прутья арматуры, до¬
бралась до водосточных труб.
Защитная система, изображенная на рис. 27, рекомендует¬
ся, как правило, для большого дома в местности со значитель-
Рис. 27. Различные способы заземления.
1 — стержень, опущенный в увлажненную землю или в траншею;
2 — водопроводная труба; 3 — медная пластинка, зарытая в землю.
ным количеством гроз (проходящие внизу проводники на ри¬
сунке выделены). Один из трех возможных видов заземления —
медную пластинку следовало бы показать зарытой в землю в
вертикальном положении.
Стоимость защитной системы
Стоимость защитной системы зависит в основном от количе¬
ства медных проводников и способа их установки.
Большинство специалистов рекомендует брать в качестве ма¬
териала для изготовления проводников медь, так как этот ме¬
талл менее остальных подвержен атмосферным воздействиям.
Поперечное сечение проводников, по мнению специалистов,
должно быть таким, чтобы они выдерживали самые сильные из
117

возможных токов, даже если вероятность появления их чрезвы¬
чайно мала. В результате этой сверхосторожности денежные за¬
траты на громоотвод для дома или фермы намного превышают
стоимость страховки.
Величина рекомендуемого поперечного сечения возрастала
с 1753 по 1879 г., а затем стала постепенно уменьшаться. Сейчас
в Европе принято считать, что дешевый медный проводник с
площадью поперечного сечения 6 мм2 или железный, имеющий
сечение около 500 мм2, обеспечивают вполне надежную защи¬
ту даже в районах с большим количеством гроз. Но несмотря на
то, что цена подобных громоотводов в десять раз меньше цены
разработанных специалистами по стандартизации, она все еще
слишком высока для мелких фермеров.
Прямое попадание молнии в громоотвод,
установленный вблизи металлических
предметов
Известно немало случаев, когда здания с тщательно уста¬
новленной защитной системой все же получали повреждения от
ударов молнии. Происходило это потому, что вблизи от молние-
приемника находились металлические предметы (крыши, став¬
ни, разного рода украшения, водосточные трубы), не соединен¬
ные ни с землей, ни с молниеприемником. Ток молнии, проходя
по молниеприемнику, внезапно создает в нем электрическое на¬
пряжение, в некоторых случаях превышающее 0,5 млн. в, что
может вызвать побочные разряды на близлежащие металличе¬
ские предметы. В этом случае молния может повредить здание.
Поэтому все металлические предметы в радиусе 2 м от молние-
приемника должны быть заземлены или присоединены к нему
(за исключением тех, которые находятся в непосредственной
близости от легковоспламеняющихся веществ). Лучше всего, од¬
нако, устанавливать стержень на некотором расстоянии (по
крайней мере 2 м) от всякого рода металлических предметов,
телефонных проводов, а также газовых труб. Особое внимание
следует обращать на цистерны для хранения бензина и нефти.
Следует помнить, что проводимость металла, из которого изго¬
товлены эти резервуары, может сильно уменьшаться на швах.
23 июля 1905 г. в Хамбле (Техас) из-за удара молнии заго¬
релась цистерна с нефтью. Огонь распространился на весь уча¬
сток и не прекращался в течение трех дней. Во время пожара
погибло 12 человек, было уничтожено около 300 млн. л нефти.
118

В 1926 г. в Калифорнии, где обычно не бывает никаких гроз,
кроме инсценированных в Голливуде, пожар, возникший от уда¬
ра молнии, уничтожил оборудование и нефть на несколько мил¬
лионов долларов.
В Африке растительную бечеву, которой испокон веку вя¬
зали тростник и солому, употребляемые на кровлю для хижин, в
последнее время стали заменять железной проволокой. Это но¬
вовведение представляет собой серьезную угрозу: оно способ¬
ствует возникновению пожара от молнии. Мало того, кровли
стали подпирать не деревянными шестами, как бывало, а метал¬
лическими, что делает положение еще более опасным. Метал¬
лические предметы такого рода способны притягивать вторичные
разряды от громоотвода и, кроме того, искрят за счет наведен¬
ного заряда, причем проволока, перевивающая тростниковую
или соломенную кровлю, и металлические подпорки в таких слу¬
чаях будут служить как бы вторичной обмоткой трансформатора,
первичной обмоткой которого является сам громоотвод. В мест¬
ностях с большим количеством гроз такие строения гораздо
больше подвережны опасности воспламениться от молнии, чем
жилища старого типа, а ведь и они крайне уязвимы. Там, где
громоотвод соприкасается с тростниковой или подобной ей кров¬
лей — а это случается достаточно часто,— возможность появле¬
ния искр превращает его из защитного устройства в прямую
угрозу зданию.
Использование шестов и деревьев
Итак, мы знаем, что наилучший способ защитить от молнии
дом с неметаллической крышей — это установить около него (на
расстоянии не менее 2 м) один или несколько шестов из метал¬
ла так, чтобы дом оказался внутри защитного конуса. Если шесты
правильно заземлены и тщательно соединены на стыках, эта
система (рис. 28) вполне удовлетворительно выполняет свои функ¬
ции и, возможно, даже является единственной действительно на¬
дежной защитой в районах с большим количеством гроз. Во вся¬
ком случае она уже много лет исправно защищает от молнии
завод взрывчатых веществ вблизи Иоганнесбурга.
Весьма распространено мнение, что находящиеся рядом с
домом деревья могут обеспечивать его безопасность почти в та¬
кой же степени, как и металлические шесты. Однако мы имеем
достаточно много примеров, когда деревья скорее увеличивают
опасность поражения молнией, чем защищают от нее. Правда,
верхушки высоких деревьев способны притянуть лидер разряда,
119

но стволы их и корни плохо проводят ток, а потому вторичные
разряды могут перескочить на металлические части близ стоя¬
щего здания или на оказавшихся рядом животных. Поэтому очень
ценные деревья (в частности, связанные с историческими собы¬
тиями) рекомендуется снабжать громоотводами такого же типа,
какие обычно устанавливаются на зданиях. Особое внимание сле¬
дует обращать на отдельно стоящие деревья — именно под ними
Рис. 28.
люди и скот прячутся от грозы. Установив на таком дереве гро¬
моотвод, мы намного уменьшим опасность поражения от вторич¬
ных разрядов, а оградив невысоким плетнем, заставим ищущих
укрытия держаться подальше от его ствола и корней. Если де¬
рево не защищено должным образом от молнии, под ним нельзя
прятаться во время грозы. Напротив, пребывание под ним опас¬
но: ведь тела людей и животных — отличные проводники элек¬
трического тока.
Привязные аэростаты
Во время второй мировой войны в Англии громоотводы при¬
менялись для защиты наполненных водородом аэростатов заграж¬
дения. После того как не удалось защитить аэростаты, изолируя
от земли, было решено снабдить их металлическими проводящи¬
ми оболочками и установить на них молниеприемники. Ока¬
залось, что при прочих равных условиях незащищенный аэро¬
стат в 3—4 раза больше подвержен действию молнии, чем за¬
120

щищенный. Нам известен по крайней мере 21 случай, когда
аэростат остался невредимым, несмотря на прямое попадание
молнии. При этом люди, обслуживающие аэростат, стояли на
соединенном с лебедкой, заземленном металлическом листе.
Когда в аэростат ударяла молния, они должны были бы нахо¬
диться под напряжением 1 млн. в (относительно земли). Однако
они ощутили, если судить по их рассказам, лишь легкое сотря¬
сение.
Защита людей и домашних животных
Каждый год в США от молнии погибает человек 500, а 1300
получают более или менее серьезные увечья. 90% несчастных
случаев происходит в сельской местности; жертвами, как прави¬
ло, становятся сельскохозяйственные рабочие или люди, чьи за¬
нятия (в том числе и игра в гольф) не позволяют им сидеть дома
в плохую погоду. Установлено, что 52% несчастных случаев про¬
исходит в открытой местности, 38%—в домах и амбарах и
10%—под деревьями. Во время грозы очень опасно укрывать¬
ся под невысокими навесами и одиноко стоящими деревьями, на¬
ходиться около железной ограды или на вершине холма. Лучше
всего переждать грозу в небольших углублениях, рощах или у
подножия крутых склонов.
Резиновые покрышки на колесах автомобилей не защищают
от молнии. Известен случай, когда все четыре шины были по¬
вреждены: то ли разряд пробил резину, то ли в ней испарилась
вода. Однако люди, находящиеся в машине, в достаточной мере
защищены от прямого удара молнии. Попытки работать на трак¬
торе в открытом поле во время грозы смертельно опасны для
тракториста.
Иногда несчастные случаи происходят на воде, в бассейнах
для купания. Некоторые из них были вызваны тем, что ток от
близкого разряда прошел по воде, другие же — тем, что где-то
по соседству молния повредила линию электропередачи и ток
стал течь прямо через бассейн.
Человек, находящийся в здании с правильно установленным
громоотводом, почти полностью защищен от молнии, но и здесь
следует помнить, что во время грозы опасно пользоваться теле¬
фоном, прикасаться к водопроводным кранам или оставлять не¬
защищенными антенны. Если в незащищенный дом ударила мол¬
ния, то человек может быть убит или ранен в любой части зда¬
ния, но наиболее опасно находиться близ телефонов, кранов,
дымоходов, печей или крупных металлических предметов.
121

Молния может нанести человеку или животному увечья, от
серьезных ожогов с поражением мышц до легких случаев элек¬
трического шока. В некоторых казалось бы смертельных случаях
пострадавшего удавалось вернуть к жизни, применив искусст¬
венное дыхание и оказав необходимую первую помощь. Если че¬
ловек принял на себя основную часть заряда молнии, он едва ли
останется в живых. Часто при разряде температура среды силь¬
но повышается, происходит внезапное образование пара, давле¬
ние которого так велико, что он способен разорвать одежду и
обувь на человеке. Известны, однако, и такие случаи, когда мол¬
ния не убивала, а излечивала людей, выполняя функции совре¬
менной электротерапии. Так, в 1782 г. удар молнии излечил от
«паралича» священника, жившего в имении герцога Кентского.
Урон, причиняемый молнией поголовью скота в некоторых
районах США и Латинской Америки, был настолько велик, что
это не на шутку встревожило фермеров и они стали принимать
различные меры, чтобы свести убытки до минимума. Наибольшее
число потерь обычно бывает, когда напуганные грозой животные
скучиваются у проволочных изгородей и гибнут от электрическо¬
го шока. Причиной шока может быть не только прямое попада¬
ние молнии, далекой или близкой, в загородку, но и резкое сте¬
кание на землю зарядов, наведенных на проволоке изгороди
полем разряда. Лучший способ избежать несчастных случаев —
это заземлить загородку через каждые 50—100 м (в зависимо¬
сти от влажности почвы). Рекомендуется также чередовать про¬
волоку с деревянными частями (90 м проволоки — 2 м кольев
или досок), что значительно ослабит проводимость заграждения.
Телефонные линии и линии электропередачи
С ростом электрификации высоковольтные линии электропе¬
редачи вместе с многочисленными отводами более низкого на¬
пряжения, проводящими энергию к отдельно стоящим зданиям,
протянулись на тысячи километров. Возникла новая задача: за¬
щищать от молнии — главной виновницы перебоев и аварий —
линии электропередачи, так же как и междугородные телефон¬
ные и телеграфные линии. Чтобы обеспечить бесперебойную ра¬
боту всех линий связи, их объединяют в одну сеть, а при прибли¬
жении грозы подключают дополнительные генераторы.
Наиболее часто повреждения случаются оттого, что во время
удара молнии происходит пробой по поверхности изолятора, при
этом линия заземляется. Разряд может пробить изоляторы, ко¬
торые перестают выполнять свою функцию: обычного напряже¬
122

ния линии теперь достаточно, чтобы вызванная молнией искра
превратилась в дуговой разряд и замкнулась на землю. Проис¬
ходит короткое замыкание. Правда, его можно устранить, если
на несколько секунд прекратить подачу тока.
Менее частые, но более серьезные повреждения возникают,
когда в результате удара молнии по проводам распространяются
волны перенапряжения, которые, дойдя до аппаратуры, могут
повредить ее. Чтобы защитить от таких волн аппаратуру телефон¬
ных линий и силовых линий низкого напряжения, на них устана¬
вливают особый тип разрядников, которые отводят на землю
волны перенапряжения, прежде чем они дойдут до оборудова¬
ния. Действие разрядника можно сравнить с действием предо¬
хранительного клапана. Телефонные провода, соединяющие осо-
бенно важные или репиторные — промежуточные телефонные
станции, обычно снабжают целым набором разрядников, уста¬
новленных так, чтобы они постепенно снижали напряжение по
мере приближения волн к аппаратуре.
Судя по опыту Англии, стержневые разрядники вполне при¬
годны для защиты высоковольтных линий электропередачи. Одна¬
ко возможны случаи, когда, несмотря на такую защиту, искре¬
ние на линии будет продолжаться после того, как волна перена¬
пряжения пройдет. Поэтому были разработаны более совершен¬
ные типы предохранительных устройств.
Линию электропередачи изолируют от земли при помощи
особых материалов, которые служат изоляторами в обычных
условиях, но превращаются в проводники, как только напряже¬
ние на линии превысит определенную величину. Когда напря¬
жение становится нормальным, этот материал вновь приобре¬
тает свойства изолятора. Наиболее успешно предохраняют ли¬
нию фарфоровые изоляторы, в которые вплавлены хорошо
проводящие частицы карборунда. Как только волна перенапря¬
жения добирается до такого устройства, она порождает в нем
множество мелких искр, которые исчезают после прохождения
волн перенапряжения. Разбивая искру на множество малых
искр, можно предотвратить разрушение материалов даже при
очень мощных разрядах. Волны перенапряжения возникают в
двух случаях: 1) когдэ молния попадает непосредственно в про¬
вода и 2) когда заряд, индуцированный полем облака на про¬
водах (сравните индуцированный заряд на стержне, рис. 3), ос¬
вобождается в результате исчезновения этого поля после раз¬
ряда и растекается во всех направлениях в поисках пути к зем¬
ле. Величина индуцированного заряда, освобождающегося после
межоблачного разряда, намного меньше величины заряда, ко¬
123

торый освобождается после окончания обратного процесса,
возникающего при разряде на землю. Индуцированная волна
перенапряжения намного слабее волн перенапряжения, появив¬
шихся вследствие прямого удара молнии. Поэтому эти волны
более опасны для низковольтных силовых и телефонных линий,
чем для высоковольтных линий электропередачи. На 33-кило-
вольтных линиях, снабженных хорошей изоляцией, короткое
замыкание возможно только при прямом ударе молнии. Од¬
нако, как показали расчеты, на 11-киловольтной линии индуциро¬
ванный заряд может вызвать значительные повреждения, даже
если сам разряд произошел на расстоянии 300 м и более. Две
такие близко расположенные линии могут быть одновременно
выведены из строя одним и тем же разрядом.
Надежной защитой от волн перенапряжения служит подве¬
шенный над линией электропередачи и хорошо соединенный с
землей дополнительный провод — защитный трос. Такие тросы
тянутся от опоры к опоре, их можно видеть почти над всеми
линиями электропередачи. Правда, известно несколько случаев,
когда они не защитили линию от прямого удара молнии. Это
произошло потому, что, поразив трос, молния устремилась к зем¬
ле по опоре, но у ее основания встретила слишком большое со¬
противление. Трос и опора оказались под очень высоким (отно¬
сительно земли) напряжением, в результате между опорой и ли¬
нией произошел пробой, повредивший изоляторы.
Чтобы избежать подобных случаев, инженерам, осущест¬
вляющим надзор над линиями электропередачи, необходимо об¬
ращать особое внимание на правильное заземление опор (что
не всегда легко выполнить, особенно если почва сухая и камени¬
стая). Так как уменьшать сопротивление у основания опор 11-ки-
ловольтной линии сложно, аварии и перебои из-за молнии слу¬
чаются на них сравнительно чаще, чем на высоковольтных ли¬
ниях.
Уменьшение сопротивления между основанием опоры и зем¬
лей дало превосходные результаты на линии электропередачи
мощностью 100 000 квт в Уитбанке (Трансвааль), имеющей боль¬
шое хозяйственное значение. Эта линия состоит из двух 132-ки-
ловольтных проводов, подвешенных при помощи поперечных ба¬
лок на одних и тех же опорах. Первоначально сопротивление у
основания опор по всей линии было около 14 ом, а у ряда опор
намного выше. (Чем выше сопротивление, тем больше вероят¬
ность повреждений от молнии.) Сначала каждый из проводов
примерно восемь раз в год выходил из строя. Однако после того
как сопротивление у основания опор удалось понизить в сред¬
124

нем до 4—6 ом (причем оно нигде не превышало 8 ом), число
повреждений снизилось до двух в год. С помощью различных
защитных устройств, в том числе тросов и реле, автоматически
отключающих линию, удалось добиться того, что линия в тече¬
ние многих лет ни разу не выходила из строя.
Шипли приводит другой пример эффективного использова¬
ния различного рода предохранительных мер. Линия электропе¬
редачи в Нигерии (22-киловольтная) вначале работала без защит¬
ных устройств. В результате, аварии из-за молнии случались
32 раза в год, при этом терялось до 30 часов рабочего времени.
После того как линию снабдили изоляторами, устойчивыми на
пробой, и тщательно заземленными защитными тросами, а в
трех особо опасных местах еще и специальными разрядниками,
число аварий сократилось до четырех в год, а потери рабочего
времени — до одного часа.
Линии электропередачи, снабжающие электроэнергией зо¬
лотые прииски Уитуотерзенд (Трансвааль), тянутся на 1578 км.
Огромная протяженность проводов делает их особенно уязви¬
мыми для молнии. Система состоит из девятнадцати 80-кило-
вольтных линий, провода которых подвешены на высоких опо¬
рах, установленных на территории с сухой и каменистой почвой.
Грозы в этом районе чрезвычайно часты. Потребовалось немало
усилий, чтобы снизить потери, вызываемые молнией.
С лета 1947 по лето 1948 г. на этих высоковольтных линиях
не менее 101 раза молния пробивала изоляторы. Компания
Виктория Фолз энд Трансвааль Пауэр, в ведении которой нахо¬
дилась эта линия до 1948 г. снабдила ее всеми защитными уст¬
ройствами. Особые надежды инженеры возлагали на автоматы,
выключающие пораженный участок линии на три секунды. Этих
трех секунд, как показал опыт, вполне достаточно, чтобы пога¬
сить дуговой разряд — неизбежное следствие короткого замы¬
кания, вызванного ударом молнии,— пока он еще не успел по¬
вредить линию. Всякий раз при ударе молнии линия выключа¬
лась и вводилась в действие автоматически. В 96 случаях удар
молнии не имел никаких пагубных последствий, в пяти — линия
вышла из строя. Восстановление линии заняло в одном случае
четыре часа, в остальных четырех — 43 минуты. Рабочее время
всей сети, состоящей из 19 линий, за период с июля 1947 по
июль 1948 г. составило 166 440 часов, и, несмотря на то что мол¬
ния 101 раз попадала в линию, потери рабочего времени не пре¬
высили 4 часов 43 минут
Напряжение на линиях электропередачи как в Европе, так и
в Америке растет из года в год. Соответственно увеличивается и
125

высота опор. Тем не менее принято считать, что неизбежное
(в связи с ростом высоты опор) увеличение числа попаданий мол¬
нии в опоры и тросы компенсируется повышенной способностью
изоляторов противостоять пробою. Однако для высоковольтных
линий (275-киловольтных и более) это положение не подтверж¬
дается практикой. Число коротких замыканий на этих линиях по¬
рой в 30 раз больше ожидаемого. И хотя лишь немногие из этих
разрядов были причиной аварий, сам этот факт заставил пере¬
смотреть и изменить способы молниезащиты.
Наиболее надежным способом защиты линий электропереда¬
чи, особенно в районах с большим количеством гроз, являются
самоотключающиеся устройства, которые, как выяснилось, уст¬
раняют 85—90% коротких замыканий, вызванных ударом молнии.
В некоторых сложных случаях линию нужно отключать на все
время устранения повреждения, вводя в действие дополнитель¬
ную линию (если необходима непрерывная подача энергии).
В Англии среднее число аварий на каждые 150 км линий
следующее (в зависимости от напряжения):
Напряжение на линии в киловольтах ... 132 66 33 11
Число аварий	 1	4 6 10
В дальнейшем защита высоковольтных линий от молнии бу¬
дет состоять, по-видимому, в прокладывании проводов под зем¬
лей, то есть будет использоваться метод, который до сих пор
отвергали в основном по экономическим соображениям. С вве¬
дением быстродействующих автоматических выключателей ко¬
роткое замыкание, если только оно не повредит оборудование,
будет неопасно для линий электропередачи, в особенности для
объединенных систем. Что касается защиты подстанций, то она,
очевидно, будет осуществляться при помощи заземленных за¬
щитных тросов, подвешенных на расстоянии 1—1,5 км от под¬
станции над линией электропередачи, и разрядников, установлен¬
ных для защиты особо уязвимого оборудования — трансформа¬
торов высокого напряжения.

7
ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ГРОЗОВЫХ ОБЛАКОВ
Вот медленно сползает стая туч
На замершую рощу и полнеба
Гневливыми химерами своими
Заполняет...
а над головой
В отсветах молний мрачно возникают
Пороховые погребы судьбы.
Джеймс Томсон, Времена года.
Грозовые облака, или кучево-дождевые, как их называют ме¬
теорологи, похожи на горы, башни или наковальни. Их вершины
обычно скрыты дымкой или волокнистой завесой, а основание, из
которого иногда выпадают осадки (дождь, снег или град), пред¬
ставляет собой плотную темную бесформенную массу с рваны¬
ми краями.
Грозовые облака чаще всего образуются из длинных гряд
кучевых облаков, по форме напоминающих цветную капусту. Ку¬
чевые облака обычно меньше грозовых и располагаются ниже;
развиваясь, разрозненные облака соединяются, при этом их ку¬
полообразные вершины интенсивно растут в высоту, а основание
приобретает угрожающий вид.
Вершина грозовых облаков обычно наблюдается на высоте
8—15 км, а основание — на высоте 0,5—3,5 км над поверхно¬
стью земли. Площадь основания облака очень изменчива (шири¬
на 15 км и длина 5—15 км не редкость; часто встречаются обла¬
ка еще больших размеров). Если в облаке много кристаллов
льда, нижняя часть его имеет зеленоватый отблеск.
Время жизни грозового облака — от одного до четырех ча¬
сов. Его купола большей частью развиваются независимо друг
от друга, как отдельные грозовые «ячейки». В каждой ячейке
127

существу^ своя система ВОСХОДЯЩИХ воздушных потоков и свои
электрич^Ские npO4ecCb|t Иногда облако состоит из одной гро¬
зовой яч^КИ| но чаще число их достигает пяти. Позднее мы рас¬
смотрим Все стадии развития ячейки, а сейчас только отметим,
что в ст$дИи зрелОсТИ (с точки зрения развития электрических
характернСТик облака) она находится всего лишь около 20 минут.
Несмотря на это, ГрОза Может бушевать несколько часов подряд,
поддержцВая свои силы за счет вновь возникающих ячеек.
Так нВк облако в течение своей жизни претерпевает весьма
сложные изменения, мы не удивляемся тому, что в метеороло¬
гии до сцх ПОр нет едИНой простой схемы этого грандиозного
явления. Направление и сила воздушных потоков, поддерживаю¬
щих обл$Ко в воздухе (и снабжающих его тепловой энергией,
которая $атем превращается в электрическую), а также состоя¬
ние воды в облаке непрерывно меняются. Поэтому очень труд¬
но нарис^вать картину жизни облака, общую для любого момен¬
та в люб0£ его части. Облако, первоначально состоящее из пе-
реохлажденных капель, растет до тех пор, пока его перистая
вершина, содержащая мельчайшие льдинки или снежинки, не до¬
стигнет ^ьісоты, где температура понижается до —40°С. Осно¬
вание обПака ПрИ этом находится на уровне с температурой
несколько выше о°С. В этой нижней части облако содержит огром¬
ное к°лиЧество крупных капель. Свет, попадая в лабиринт про¬
межутков меЖду ними, частично ослабляется, поэтому основа¬
ние облаКа несколько темнее остальных частей его L
®лаг^ в облаке от его вершины до основания может нахо¬
диться в самых различных состояниях: от крошечных переох-
лажденн^ц капелек до льдинок в форме градин, сухих или смо¬
ченных ца поверхности. Большинство капель замерзает только в
том случае, если они сталкиваются с градиной или сами захва¬
тывают Довольно редко встречающиеся льдообразующие ядра,
которые приносятся воздушными потоками с земли или с моря.
Самолет, Попав в облако, состоящее из незамерзших переох-
лажденн^ІХ капель, покрывается слоем льда. Если не растопить
этот лед Или не сбить его с помощью специальных приспособле¬
нии, сам^леТу может грозить серьезная опасность.
При очень сильном дожде (ливне) из грозового облака за
короткий промежуток времени выпадет до 4 см воды на площа-
1 Btj
число кап ’’ проходящий через облако, встречает на своем пути огромное
преломляь'ль' На повеРхности воды падающий свет, как известно, частично
попадая Гся и отРажается, а частично поглощается. Рассеянный свет,
ивается ?,а повеРхность следующей капли, снова поглощается и рассе-
облака о? так ПР°ИСХОДИТ много раз. В результате свет, выходящий из
’ Называется ослабленным,— Прим, перев.
128

ди несколько квадратных километров. Вся эта вода весит боль¬
ше ста тысяч тонн. Удержать ее в воздухе могут лишь восходя¬
щие воздушные потоки, достигающие в большей части облака
значительной скорости. Чтобы лучше представить, каковы усло¬
вия внутри облака, обратимся к впечатлениям тех, кто летал в
облаках. Аэронавты и летчики рассказывают об исключительно
сильных порывах ветра, когда дождь, снег и град, кажется, ле¬
тят со всех сторон. Командир немецкого дирижабля, попавшего
однажды во время первой мировой войны в грозовое облако,
писал, что его корабль швыряло, как пробку в бурном океане:
то вниз — и он оказывался всего в 200 м от земли, то вверх —
на высоту 1800 м. При этом из каждой выступающей точки ко-
рабля струились огни Св. Эльма. В 1930 г. британский самолет
R-100, совершая трансатлантический перелет в Канаду, попал
между Квебеком и Монреалем в грозовое облако. Вертикальный
поток воздуха скоростью 80 км/час, словно пассажирский ско¬
ростной лифт, поднял его с 500 м до 1,5 км. Лишь на высоте
1,5 км самолет снова стал послушен рулю. В Соединенных Шта¬
тах при исследовании гроз (глава 3) было установлено, что ско¬
рость восходящего потока меняется от нескольких десятков сан¬
тиметров в секунду (около 1 км/час) в развивающихся ячейках
до 30 м/сек. (около 100 км/час) в хорошо развитых ячейках.
Град
То, что восходящие потоки в облаке действительно часто
достигают значительной скорости, доказывает вес градин, удер¬
живаемых этими потоками в воздухе, несмотря на действие силы
тяжести. Крупные градины не являются однородными образова¬
ниями. Разрезав такую градину, можно обнаружить до двадца¬
ти чередующихся концентрических слоев прозрачного и мато¬
вого льда, напоминающих чешуйки луковицы. Раньше неодно¬
родность града объясняли особенностями его формирования:
колебательными движениями между теплой и холодной частями
облака. Но теперь есть основание считать, что причина слоистой
структуры града более сложная и что чередующиеся слои об¬
разуются при прохождении градины через области с различной
водностью и температурой.
Наиболее крупный град, размер которого не вызывает со¬
мнений (к сообщениям об еще более крупном граде нужно от¬
носиться, как к охотничьим рассказам), выпал в городе Поттер
(Западная Небраска) в 1928 г. Градины были размером с круп-
9
Заказ 3309.
129

ный грейпфрут (средний диаметр 14 см) и имели почти сфери¬
ческую форму. Наибольшие весили до 700 г. Такая градина, па¬
дающая со скоростью до 400 км/час, является грозным снаря¬
дом. Но это исключительный случай. Обычно диаметр крупных
градин колеблется от 5 до 8 см, их можно сравнить с куриным
или утиным яйцом, теннисным мячом или кулаком человека.
Скорость падения таких градин достигает 100—150 км/час. Су¬
ществование крупного града доказывает, что грозовые облака
часто поддерживаются вертикальными потоками скоростью до
100 км/час; это хорошо согласуется с данными, приведенными
в предыдущем параграфе.
Известно, что, если диаметр градины вырастает до 13 см, ско¬
рость ее падения увеличивается скачком от 160 до 400 км/час;
следовательно, и скорость потока, удерживающего градину в
воздухе, должна возрасти таким же образом. Скачкообразное
возрастание скорости падения града вызвано резким изменени¬
ем сопротивления воздуха из-за того, что движение в погранич¬
ном слое переходит из ламинарного в турбулентное.
В последние годы ученых интересуют размеры и поведение
маленьких градин, рост которых, как мы в дальнейшем увидим,
вероятно, является главным фактором в образовании электриче-
ства облаков. В большинстве случаев в облаках встречаются мел¬
кие крупинки, диаметром до 1 см. Сначала они растут в пере¬
охлажденных частях облака в результате конденсации водяного
пара на ледяных кристаллах. Когда их диаметр достигает
0,001 см, они становятся достаточно большими, чтобы захваты¬
вать мелкие незамерзшие капельки. При температуре ниже
—20° С капельки, ударяясь о крупинку, быстро замерзают, ле¬
дяные крупинки при этом превращаются в мягкий град (крупу).
Белая непрозрачная поверхность крупы представляет собой слой
замерзших капелек, между которыми включены пузырьки воз¬
духа. На меньшей высоте, где температура выше, относительно
большие капли ударяются о крупинку, смачивают ее и потом за¬
мерзают, покрывая крупинку прозрачным льдом. Еще ниже, где
температура больше 0°С, градины тают и превращаются в боль¬
шие капли.
Желающим более подробно ознакомиться с современным
представлением о превращениях воды и льда в грозовых обла¬
ках я советую обратиться к монографии Мейсона Ч
Крупа относительно более легких частиц льда и облачных
1 См. также книгу «Физика облаков» под ред. А. X. Хргиана. Гидро-
метеоиздат.— Прим, перев.
130

капель среднего размера падает со скоростью примерно 8 м/сек,
удерживаясь в облаке восходящими потоками, скорость которых
превышает 35 км/час.
Источник энергии грозового облака
Всякий, кто наблюдал за дымовыми трубами большого горо¬
да, над которым развивается грозовое облако, по направлению
распространения струй дыма, конечно, заметил, что к основанию
облака со всех сторон стекается приземный воздух. Из этого мо¬
жно сделать вывод, что воздух в облако поступает через его ос¬
нование. Нагреваясь у поверхности земли, воздух под грозовым
облаком становится неустойчивым и стремится подняться вверх,
подобно пузырьку газа в воде. Облако в этом случае играет
роль вытяжной трубы. Поднимаясь, воздух попадает в область
более низкого давления и расширяется. При этом он охлаждает¬
ся. Воздух будет подниматься до тех пор, пока температура его
выше температуры окружающей среды.
На некоторой высоте воздух охладится до точки росы и вла¬
га, содержащаяся в нем, начнет конденсироваться — образуются
мелкие капельки воды. Это происходит в основании облака. Как
высоко поднимется его вершина, зависит от первоначальной тем¬
пературы и влажности поднимающегося воздуха, а также от со¬
стояния окружающей среды.
Однако было бы ошибкой предполагать, что теплый призем¬
ный воздух — единственный источник энергии, питающий мощ¬
ные восходящие потоки в грозовом облаке. Нельзя не учитывать
энергию, которая поступает в поднимающийся воздух за счет вы¬
деления теплоты при конденсации водяного пара. Этой теплоты,
сообщенной грозовому облаку, достаточно, чтобы оно оказа¬
лось теплее окружающего воздуха, несмотря на дальнейшее
охлаждение при подъеме. Восходящий поток поднимается до
стратосферы (примерно 12 км), где температура воздуха уже
не понижается с высотой. В тропиках это обычно достигается
на высоте примерно 15 км.
Следовательно, развивающееся грозовое облако является
как бы громадной вытяжной трубой, в которой воздух по мере
поднятия сообщается дополнительное тепло. На следующих ста¬
диях развития облака, как мы увидим в дальнейшем, все зна¬
чительно усложняется. Выпадающие капли и град вызывают раз¬
витие нисходящих потоков. Облако при этом распадается на
ячейки, а «вытяжная труба» — на несколько «труб».
131

Механизм электризации
На первый взгляд кажется неправдоподобным, что грозовые
облака — естественные электрические машины, способные накап¬
ливать потенциалы в тысячи миллионов вольт и создавать искры
длиной несколько километров,— состоят лишь из воды и льда,
поддерживаемых в воздухе восходящим потоком.
Но общая энергия грозового облака — генератора электри¬
чества складывается из взаимодействия громадного числа капель
и ледяных частиц, находящихся в нем; и хотя каждая частица
имеет ничтожный заряд, в сумме получается значительное коли¬
чество электричества. Чтобы пояснить сказанное, предположим,
что облако целиком состоит из капель и льдинок размером с
обычную каплю дождя, диаметром 0,3 см. В облаке, содержащем
100 000 т воды, будет 6 миллионов миллионов (6* ІО12) таких ка¬
пель. Далее предположим, что каждая капля или ледяная части¬
ца несет заряд, равный среднему заряду капли дождя, получен¬
ному при наблюдениях у земли. Его величина равна 3 • 1012 ку¬
лона L Умножая число капель на среднюю величину заряда од¬
ной капли, получим, что заряд всех капель в облаке достигает
200 кулон. Это довольно мало по сравнению с тем количеством
электричества, которое обычно используется в быту. Так, ку¬
лон— величина заряда, протекающего примерно за секунду че¬
рез 100-ваттную лампу. Однако 200 кулон достаточно, чтобы объ¬
яснить возникновение молнии в грозовом облаке, а также и дру¬
гие, менее эффектные электрические явления.
Энергия, рассеиваемая при разряде, создается малым коли-
чеством электричества, находящегося при очень высоком потен¬
циале, и выделяется за весьма короткий промежуток времени.
Вопрос состоит в том, как возникает в облаке заряд, величина
которого с помощью более совершенных методов расчета оце¬
нивается* 1000 кулон.
Несмотря на то что в воде, казалось бы, отсутствуют заря¬
ды, ее можно наэлектризовать многими способами. В молекуле
воды, состоящей из связанных друг с другом положительно за¬
ряженного атома водорода Н+ и отрицательно заряженного
гидроксильного радикала (ОН) , образуются два противополож¬
ных электрических полюса (диполь). Части полярных молекул, за¬
ряженные противоположно, легко, разделяются механически (на¬
пример в водопаде) или при перестройке молекул, когда они об-
1 Заряд одной капли равен заряду примерно 10е электронов.— Прим,
перев.
132

разуют правильную структуру, присущую кристаллам льда. Так
как для облака характерно многообразие условий и процессов,
то не удивительно, что было выдвинуто огромное кличество все¬
возможных теорий, объясняющих электризацию облачных ча¬
стиц. Мы должны решить, какой из них является преобладаю¬
щим, если вообще есть преобладающий процесс. Для этого надо
рассмотреть условия, в которых могут протекать процессы элек¬
тризации, и оценить скорость генерации зарядов. Учитывая ин¬
формацию, которой мы располагаем по электризации облаков,
окажется возможным исключить одни процессы и принять дру¬
гие.
По данным измерений, верхняя часть облака, где температу¬
ра воздуха ниже —40° С и нет ничего, кроме мельчайших ледя¬
ных кристаллов, заряжена положительно, а основание облака,
где температура около —3° С, имеет отрицательный заряд. Ме¬
ханизм электризации должен, следовательно, создавать отрица¬
тельный заряд на тяжелых частицах и положительный на легких.
Существующая между этими частицами разница в весе, а следо¬
вательно, и в скорости падения обеспечит разделение частиц по
высоте под действием силы тяжести, независимо от скорости
восходящего потока, который сортирует частицы по размерам.
В этом случае легкие частицы представлены положительно за¬
ряженными каплями или кристаллами, а более тяжелые — отри¬
цательно заряженными градинами (всюду, за исключением части
облака, прилегающей к основанию). ЧтобьІ произошло разделе¬
ние зарядов, вопреки электрическому притяжению, требуется
действие механических сил — восходящих потоков, которые,
кстати, обладают гораздо большей энергией, чем требуется для
объяснения наблюдаемых электрических эффектов.
Скорость восстановления заряда облака после того, как он
был нейтрализован при ударе молнии, позволяет количественно
оценить скорость процесса разделения заряда в облаке. Неза¬
висимо от того, что представляют собой отрицательные частицы
(капли или градины), они будут падать относительно противопо¬
ложно заряженных частиц (таких, как медленно падающие мел¬
кие капли или ледяные кристаллы) со скоростью примерно
8 м/сек. Измерив величину изменения напряженности поля и вы¬
числив первоначальную скорость восстановления электрического
поля после разряда в облаке, можно показать, что заряды раз¬
деляются в первоначально нейтральной смеси положительных
и отрицательных частиц. Величина заряда каждого знака дости¬
гает примерно 1000 кулон. Среднее время, необходимое для
133

создания этих зарядов,— 20 минут \ а объем, в котором они со¬
существуют, около 50 км 3. Основной процесс электризации гро¬
зовых облаков должен обеспечить среднюю скорость создания
заряда примерно 1 кулон/км3 в минуту. Внутри отрицательного
столба это дает за одну минуту 20 кулон избыточного отрица¬
тельного заряда и выше этого столба 20 кулон положительного
заряда. Применяя эти критерии к любому процессу электриза¬
ции, нужно помнить, что, вероятно, одновременно действует и
процесс, посредством которого большие капли в основании об¬
лака заряжаются положительно и таким образом создается до¬
полнительный положительный заряд около 10 кулон. Этот по¬
бочный процесс может, кроме того, увеличивать заряд отрица¬
тельного столба за счет подъема мелких отрицательных части¬
чек.
Все возможные процессы заряжения должны оцениваться с
учетом того, что было сказано, выше, а также с учетом резуль¬
татов, полученных метеорологами как в полевых, так и в лабо¬
раторных опытах.
Возможные процессы создания
отрицательного столба
Процессы захвата ионов каплями или смо¬
ченными ледяными кристаллами.
Один из возможных процессов, очевидно, протекает так: па¬
дающие капли или смоченные градины притягивают отрицатель¬
ные ионы из воздуха, а оставшиеся свободные положительные
ионы поднимаются вверх. По мнению Френкеля, таким свойст¬
вом капли обязаны полярной структуре молекул воды, которые
располагаются на поверхности капли положительными полюсами
наружу. Он считал, что этот процесс дает объяснение значитель¬
ной плотности отрицательного заряда на маленьких каплях или
ледяных кристаллах, но не объясняет появления заряда на боль¬
ших частицах и появления сильных электрических полей. В об¬
щем, считается, что этот процесс, еще не исследованный в лабо¬
ратории, играет незначительную роль в грозовых явлениях.
Здесь же упоминается о нем, так как даже Франклин, ничего не
зная об ионах, первоначально предположил, что процесс заря¬
жения протекает при конденсации на каплях водяного пара из
воздуха. * 10
1 По измерениям последних лет, это время гораздо меньше, соот¬
ветственно и скорость разделения заряда должна быть выше (порядка
10 кулон/км3 в минуту).— Прим, перев.
134

Более убедительную теорию преимущественного захвата ио¬
нов выдвинул Вильсон. Он считал, что если в результате каких-
либо второстепенных процессов образовался положительный за¬
ряд в верхней части облака и отрицательный в нижней, то любая
крупная капля или ледяная частица, находясь между заряженны¬
ми частями облака, поляризуется (рис. 29), на верхней половине
частицы индуцируется отрицательный заряд, а на нижней — по¬
ложительный. В любом случае — падает ли такая капля, удер¬
живается ли восходящим воздушным потоком, или поднимает¬
ся им вверх — воздух будет обтекать каплю, пронося около нее
положительные и отрицательные ионы.
В поднимающемся потоке отрицательный ион (на рисунке он
показан буквой Д) притянется к нижней части капли положитель¬
ными зарядами. Но положительный ион В оттолкнется от капли
теми же зарядами, и, хотя, казалось бы, отрицательные заряды
верхней части капли притягивают этот ион, ему не удастся осесть
на капле, так как воздушный поток уносит его прочь. Капля,
таким образом, вытянет из воздуха значительное количество от¬
рицательных ионов и приобретет избыточный отрицательный за¬
ряд, тогда как в поднимающемся воздухе останется избыток по¬
ложительных зарядов.
135

Лабораторные исследования показали, что такой процесс дей¬
ствительно имеет место, но сомнительно, проявляется ли он в
облаке, так как слишком мала скорость накопления заряда. В на¬
стоящее время считается, что даже при самых благоприятных
условиях этот процесс не может быть основным в создании элек¬
тричества облаков.
Заряжение при столкновении ледяных
кристаллов друг с другом
При столкновении снежинок друг с другом откалываются
тонкие кристаллы льда, в результате на снежинке остается от¬
рицательный заряд, а осколки, заряженные положительно, уно¬
сятся ветром. Качественно этот процесс объясняет наблюдаемые
явления, но лабораторные опыты показывают, что он не обеспе¬
чивает требуемую интенсивность заряжения, даже если в об¬
лаке присутствует достаточно большое количество снежинок.
Заряжение при столкновении ледяных частиц
с переохлажденными каплями
Теперь уже можно уверенно сказать о том, что появление
града обычно совпадает с возникновением сильных электриче¬
ских полей и разрядов в облаке. Изучению процессов, при ко¬
торых градины, сталкиваясь с переохлажденными каплями, могут
заряжаться отрицательно, посвящено много работ. Условия
столкновений изменяются на всем пути падения градины. На бо¬
лее низких уровнях поверхность градины становится смоченной,
так как градина не успевает достаточно быстро выделять скры¬
тую теплоту замерзания. Выше поверхность градины не смачи¬
вается, потому что каждая капля при столкновении с ней мо¬
ментально замерзает и на градине образуется оболочка, харак¬
терная для крупы. Необходимо также учитывать столкновения ме¬
жду маленькими ледяными кристаллами и градинами, когда и
те и другие частицы имеют различную температуру.
Таким образом, при различных столкновениях могут возни¬
кать отрицательно заряженные градины и положительно заря¬
женные осколки. Трудность состоит в том, чтобы выявить пре¬
136

обладающий процесс, если только, как уже говорилось, таковой
существует. Согласно Воркману и Рейнольдсу, на поверхности
смоченных градин удерживается и замерзает только часть уда¬
ряющихся о них капель, остальные же разбиваются на мелкие ча¬
стички и отскакивают1. Электризация происходит только в том
случае, если капли содержат малое количество солей и щело¬
чей. Некоторые считают эти условия слишком ограничивающи¬
ми. Такой процесс несомненно происходит и создает в облаках
наблюдаемую полярность, но он, очевидно, имеет место лишь
при определенных интервалах температур.
Более заманчив процесс, подробно исследованный Мейсоном
и Латамом. Эти авторы связывают механизм заряжения с за¬
мерзанием капель при образовании крупы. Когда капля замерза¬
ет, на ней образуется тонкий слой льда, поэтому между жидким
ядром капли, температура которого около 0° С, и оболочкой,
имеющей более низкую температуру, возникает градиент тем¬
пературы. Часть подвижных ионов Н + (протоны) под влиянием
градиента температуры перемещается к поверхностному слою
и заряжает его положительно по отношению к ядру. Наблюде¬
ния показывают, что капли при расширении замерзающего ядра
взрываются и осколки, летящие из внешнего слоя, уносят поло¬
жительный заряд. Таким образом, этот процесс по своей приро¬
де является термоэлектрическим и слабо зависит от растворен¬
ных в воде примесей. Найдено, что в отрицательно заряженной
части облака он обеспечивает скорость генерации заряда, по по¬
рядку величины совпадающую с требуемой. Как уже указыва¬
лось, область отрицательного столба, а следовательно и об¬
ласть генерации заряда, располагается только там, где сущест¬
вуют переохлажденные капли. Это свидетельствует о существен¬
ной роли переохлажденных капель в процессе создания и накоп¬
ления заряда.
Все рассмотренные выше процессы обеспечивают генерацию
заряда требуемого знака и, несомненно, в той или иной степе¬
ни участвуют в накоплении электричества грозовыми облаками.
Перед тем как принять или отвергнуть какой-либо из механиз¬
мов, автор рекомендует вспомнить предостерегающий плакат
«Опасно — идет работа». Это, может быть, заставит читателя не
торопиться выносить окончательный приговор.
1 Воркман и Рейнольдс связывают заряжение облачных частиц с раз¬
делением зарядов при фазовом переходе лед — вода. По некоторым оценкам,
эл. ст. ед.
предельный заряд, разделяемый в этом случае, 9- 10<			3

Прим, перев.
137

Предполагаемый процесс накопления
дополнительного положительного
заряда под облаком
Чтобы объяснить возникновение заряда (см. рис. 22 а) на
больших каплях в основании грозового облака, нам придется по¬
искать механизм, создающий на частицах распределение заряда,
противоположное тому, которое создают ранее рассмотренные
механизмы.
Гипотеза, выдвинутая Симпсоном вслед за Ленардом, как
раз отвечает этим требованиям. Капли, поддерживаемые подни¬
мающимся потоком, становятся неустойчивыми: по мере роста
они делаются плоскими и разбиваются на части. При разбрыз¬
гивании из капли вылетают отрицательно заряженные мелкие ча¬
стицы, которые с потоком поднимаются вверх, тогда как поло¬
жительный заряд остается на крупных частицах. Давно известно,
что именно такой процесс происходит в дробящейся струе во¬
допада. Таким образом, этот так называемый баллоэлектрический
эффект создает положительный заряд под облаком и увеличи¬
вает заряд в нижней части отрицательного столба !.
Кроме того, в «гнездо» положительных зарядов, вероятно,
вносит вклад мощный поток положительных ионов, поднимаю¬
щихся от земли к основанию облака, где ионы захватываются
большими каплями.
Еще один механизм, поддерживающий
капли в воздухе
Возможно, капли в основании облака удерживаются не толь¬
ко восходящими потоками, но некоторую роль играет и притя¬
жение между зарядами, находящимися в верхней и нижней ча¬
стях облака. Восходящий поток легко поддерживает вершину об¬
лака, так как она состоит из мелких переохлажденных капель и
снежинок, скорость падения которых мала. Мелкие частицы за¬
ряжены положительно, тогда как дождевые капли в основании
облака — отрицательно. Поэтому если восходящий поток не да¬
ет падать капелькам, находящимся в вершине облака, то элек¬
трическое притяжение между ними и отрицательно заряженными
каплями предотвратит падение основания, состоящего из тяже¬
лых капель. В этом случае для того, чтобы поддерживать осно¬
1 По данным Симпсона, предельный заряд, разделяемый при дробле¬
нии капель равен 2-102 эл. ст. ед/см3.— Прим, перев.
138

вание, не требуется большой скорости потока воздуха, так как
вершина облака несет на себе вес всего облака. Нарисованная
выше схема напоминает действие парашюта, который не только
уменьшает скорость падения тяжелого груза, но даже может
тянуть его наверх, когда существует восходящий поток. В этом
случае стропами, как схематически показано на рис. 30, являются
Рис. 30.
силы электрического притяжения между противоположно заря¬
женными частями облака.
Жители районов, где часто бывают грозы, знают, что из гро¬
зового облака дождь обычно не выпадает до тех пор, пока не
сверкнет хотя бы одна молния. Это, очевидно, можно объяснить
тем, что появление крупных ледяных частиц и капель связано с
созданием больших электрических полей в облаке. Но возможно
и другое объяснение: появление молний сопровождается умень¬
шением сил, удерживающих капли в облаке (становится меньше
подъемная сила парашюта). При ударе молнии электрические за¬
ряды в облаке мгновенно нейтрализуются (обрезаются стропы па¬
рашюта), и капли свободно выпадают из его нижней части. Обыч¬
но дождь продолжается недолго: до тех пор, пока в облаке сно¬
ва не появятся заряды и восстановленное поле не начнет удер¬
живать капли, находящиеся в основании облака.
Так как эти рассуждения могут показаться не очень веским
аргументом в защиту «парашютного» способа удержания капель
139

в воздухе, приведем еще два довода. Во-первых, по некоторым
оценкам, силы электрического взаимодействия между верхними
и нижними зарядами вполне могут удерживать тяжелое основа¬
ние облака. Во-вторых, любой опытный наблюдатель, ожидая по¬
явления молнии, смотрит не на разорванные края основания гро¬
зового облака, а на плоский черный край, который как бы под¬
держивается изнутри невидимыми силами электрического при¬
тяжения. Однако для того чтобы разобраться во всем этом, не¬
обходимо более тщательное изучение механизма образования
ливня, который начинается сразу же после вспышки мол¬
нии.
Читатель может задать вопрос, как же получается, что дож¬
девые капли все-таки вырываются из облака. Вероятно, глав¬
ным фактором является нейтрализация части заряда на каплях
в основании положительными ионами, создаваемыми разрядами
с острия на поверхности земли (см. стр. 24). Этот положи¬
тельный пространственный заряд в воздухе под облаком иг¬
рает важную роль и в других явлениях. Непрерывно разряжая
основание облака, он противодействует процессу, создающему
электрический заряд, и может иногда предотвратить появление
в облаке напряжений, необходимых для возникновения молнии.
Хотя и в этом случае облако электризуется, оно не превращает¬
ся в грозовое, а остается ливневым. Существованием под обла¬
ком неоднородного пространственного заряда объясняются мно¬
гочисленные ветви, отходящие от главного канала молнии, что
особенно хорошо заметно над лесом. В некоторых случаях мол¬
ния вызывается зарядом рі (стр. 98).
Естественные и искусственно
вызванные осадки
Выше мы уже говорили об общих условиях, необходимых
для развития грозового облака. При выполнении этих условий
кучевое облако, содержащее только мельчайшие капли, превра¬
щается в кучево-дождевое облако, в котором появляются боль¬
шие капельки и льдинки разных форм и размеров. Часто этот
переход совершается довольно быстро, причем долгое время
метеорологи не могли понять, как же это происходит. В 1933 г.
норвежец Бержерон предложил объяснение, которое частично
отвечает на этот вопрос. Суть простой, но остроумной идеи в
140

том, что ледяные кристаллы, находящиеся в облаке, способст¬
вуют образованию больших капель. Хотя еще не доказано, что
предложенный Бержероном механизм действует во всех дожде¬
вых облаках, но вероятно, он все-таки участвует в образовании
дождя в большей части облаков.
Мельчайшие капельки, составляющие облако, не могут зна¬
чительно вырасти только за счет конденсации пара на них; нао¬
борот, они стремятся испариться даже в насыщенном воздухе.
Очень мала вероятность того, что они сольются в одну большую
каплю. Это возможно только в том случае, если какое-нибудь
большое (а потому быстродвижущееся) тело захватит их, подоб¬
но тому, как веник захватывает всякую мелочь на своем пути.
Капли могут захватываться крупными каплями и ледяными части¬
цами, сросшимися вместе. Рассмотрим один из возможных вари¬
антов образования больших капель. В любых случаях (если капли
захватывают льдообразующие ядра или если они находятся в об¬
лаке на такой высоте, где температура достаточно низка, чтобы
капли замерзли) возникающие ледяные частицы могут расти го¬
раздо интенсивнее капелек, забирая влагу из воздуха и окру¬
жающих незамерзших капелек. Ледяные частицы начинают мед¬
ленно падать, все время продолжая расти. Где-то на пути паде¬
ния, в той части облака, где температура достаточно высока, они
тают. Когда капли, возникшие таким образом, превысят в диа¬
метре 5 мм, они разбиваются и брызги уносятся восходящим по¬
током. При подъеме и повторном падении эти частицы обычно
захватывают новые капельки и снова растут.
Процессы захвата чрезвычайно сложны и до сих пор являют¬
ся предметом исследований. Ирвингу Лэнгмюру и его сотрудни¬
кам мы обязаны мыслью о том, что если Природа в состоянии
с помощью таких процессов образовать дождевое облако, то
можно искусственно создать условия, необходимые для их раз¬
вития. Один из методов искусственного вызывания осадков —
засев вершины кучевых облаков мелкими кристаллами твердой
углекислоты (сухим льдом), сбрасываемой с самолета. Темпера¬
тура поверхности этих кристаллов на 78° ниже точки замерзания
воды. Падая, они охлаждают в облаке тонкий желобок воздуха
до температуры ниже критической температуры образования
льда. Создающиеся при этом миллионы ледяных кристаллов мо¬
гут затем расти до больших размеров. В США, Австралии и Юж¬
ной Африке при исследовании этого, а также других методов ис¬
кусственного вызывания осадков весьма эффективно изменяли
кучевые облака; в течение нескольких минут вершины, которые
141

были засеяны, становились выше других, и в облаках появлялись
ледяные частицы и дождь 1.
Лучший способ определить, сработал ли механизм искусст¬
венного вызывания осадков — наблюдать за облаком с помощью
радиолокатора до и после засева. Капельки в только что обра¬
зовавшемся кучевом облаке не отражают посланный радиолока¬
тором сигнал (на длине волны 3 см). Но если в нем появились
крупные капли и ледяные кристаллы, то возникает сильный отра¬
женный сигнал — радиоэхо.
Еще более остроумен метод искусственного воздействия,
открытый Воннегатом, обнаружившим, что переохлажденные ка¬
пельки, захватывая мельчайшие кристаллы йодистого серебра,
замерзают при температуре ниже —5° С. Распылять йодистое
серебро можно при помощи горелок, установленных на земле.
Третий метод засева зарождающегося дождевого облака
состоит в том, что в его основание вводят разбрызгиваемые с
самолета капли воды, которые в дальнейшем вырастают, путе¬
шествуя вверх и вниз.
Искусственные воздействия на облака часто весьма эффек¬
тивны, но практическая выгода от воздействий остается сомни¬
тельной. Обработанные облака, несомненно, дают осадки. Но
может быть, осадки выпали бы из них спустя некоторое время и
без искусственного воздействия? Как показывает анализ крупно¬
масштабных экспериментов, проведенных в различных частях све¬
та, суммарное количество осадков остается почти без изменения.
Незначительные изменения количества выпавших осадков (до
10%) были получены в специфических условиях, в частности в го¬
рах, где вода имеет особое значение для питания гидростанций.
Однако чтобы показать экономическое значение попыток контро¬
лировать осадки и управлять ими, требуется гораздо больше
данных.
Развитие грозы
На рис. 31 изображены четыре стадии развития тропической
грозы. На рис. 31 а изображено кучевое облако, вершина его
поднялась примерно на 7 км выше уровня замерзания (0°С), но
еще не достигла уровня, где температура —39° С. Это облако це-
1 Успешные опыты по искусственным воздействиям на облака давно
проводятся и в нашей стране. В тридцатые годы в Ленинграде В. Н. Обо¬
ленским был создан первый в мире «Институт искусственного дождя».
Цели, которые ставятся при этом исследователями, весьма разнообразны:
изучение динамики развития облаков, предотвращение градобитий, а также
вызывание осадков для тушения лесных пожаров.— Прим, перев.
142

Рис. 31.
облачные капли, 2 — переохлажденные капли, 3 —капли дождя, 4 — ледяные кристаллы, 5 — снег, 6 — град.
143

ликом состоит из капелек. На рис. 31 b вершина облака уже на
высоте 11 км и прошла критический уровень —39° С. Теперь
большая часть переохлажденных капель в его вершине, замерз¬
нув, превратилась в мельчайшие кристаллы льда и образовала
ледяную крупу и плотные снежинки, которые растут до тех пор,
пока не начнут падать. Рисунок 31 с соответствует той стадии, ко¬
гда град или крупные капли начинают выпадать из облака. При
падении капель возникает нисходящий поток холодного воздуха
(показан стрелками), который, как гигантский клин, оттесняет
теплый воздух наверх, поддерживая этим развитие грозового об¬
лака. Это стадия зрелости, она может длиться часами. Электри¬
зация и появление молнии обычно совпадают с началом стадии Ь.
Не выделенная точками часть облаков в стадии с (восходя¬
щий поток продолжает поддерживать капли в воздухе и уносить
положительный заряд наверх) является центром области электри¬
зации. Большое грозовое облако может состоять из десятка та¬
ких областей или ячеек, между которыми падает дождь или снег.
Общую картину развития грозы было бы легче представить,
если бы в ее создании не участвовали нисходящие потоки (с).
Очень трудно изучать явление природы, такое изменчивое и ма¬
лодоступное для исследователей, как грозовое облако. Еще бо¬
лее осложняет изучение грозы постоянное изменение свойств
самих облачных частиц. В настоящее время нельзя с уверенно¬
стью говорить о роли нисходящих потоков в создании электри¬
чества облаков. Но распределение зарядов в вершине наводит
на мысль, что нисходящие потоки, вероятно, сносят положитель¬
ный заряд от вершины облака к его основанию.
На рис. 31 d показано состояние облака в финальной стадии
грозы, стадии рассеяния, которая начинается обычно через 1 —
3 часа после начала первой стадии. На последней стадии нисхо¬
дящие потоки уже охватили все облако и вытесняют восходящие
потоки. Вершина облака достигла 15 км, образовалась нако¬
вальня, так как температура на этом уровне уже больше не
уменьшается по мере поднятия воздуха. Дождь средней интен¬
сивности выпадает теперь почти из всего облака. Молнии свер¬
кают все реже и затем исчезают совсем.
Четыре стадии развития кучево-дождевого облака (рис. 31)
не протекают над одним и тем же пунктом, так как воздушные
потоки переносят его со скоростью от 20 до 50 км/час. При этом
оно обновляется, получая энергию от теплового, насыщенного
влагой воздуха, втекающего в него с поверхности земли.
144

8
КОСВЕННЫЕ ЭФФЕКТЫ,
СОПРОВОЖДАЮЩИЕ ГРОЗУ,
И ЭФФЕКТЫ, ПРОИЗВОДИМЫЕ ЕЮ
НА РАССТОЯНИИ
Довольно об уроках,— перебил Грифон
решительно,— расскажите ей теперь что-
нибудь об играх.
(Алиса в стране Чудес)
Высочайшей наградой ученому в^его работе служит откры¬
тие внутреннего единства фактов, до тех пор считавшихся несвя¬
занными. Еще Франклин писал о том, какое удовлетворение ис¬
пытал он, когда его эксперименты показали, что грозовые облака
являются такими же зтектрическими машинами, как и та, которую
он создал в Филадельфии. Установление связи между явлениями
не только позволяет объяснить одни явления при помощи дру¬
гих, но и ведет к дальнейшим поискам новых объяснений извест¬
ных фактов и предсказанию еще не обнаруженных.
В этой главе рассказывается об открытиях, которые связы¬
вают теорию грозовых явлений с двумя другими разделами нау¬
ки о грозе. Первый исследует «атмосферики», или «статические
помехи», то есть радиоволны, большая часть которых излучается
при грозах. Второй изучает механизм, посредством которого за¬
ряд на поверхности земли поддерживается постоянным. Более
двух столетий после открытия явления причина его была загад¬
кой, но в настоящее время почти доказано, что заряжение зем¬
ли происходит благодаря суммарному действию всех гроз на
земном шаре.
10 Заказ 3309.

Атмосферные радиопомехи:
электромагнитное излучение молнии
Любое резкое изменение электрического тока сопровож¬
дается так называемым электромагнитным излучением, то есть
возмущением в пространстве, распространяющимся от источника
во всех направлениях. Такие резкие изменения тока происходят,
как было сказано в 4 и 5 главах, на различных стадиях развития
стримеров, из которых состоит молния. Следовательно, разряд
действует как мощный радиопередатчик. В среднем каждую се¬
кунду над землей возникает сто вспышек молнии. Хотя интенсив¬
ность излучения грозового разряда, подобно интенсивности дру¬
гих электромагнитных волн, уменьшается при удалении от источ¬
ника, приемник может «поймать» это излучение за тысячи кило¬
метров от породившей их грозы и даже в противоположной точ¬
ке земного шара. Рожденные молнией импульсы создают в при¬
емнике треск (так называемые атмосферики, или статики) на
всех диапазонах радиоволн, за исключением самых коротких, и
нарушают радиосвязь между пунктами, удаленными на большое
расстояние. Для того чтобы посланный радиопередатчиком сиг¬
нал (речь или азбука Морзе) был понят, уровень сигнала должен
быть выше уровня шума, производимого атмосфериком в прием¬
нике. Впервые это было замечено русским ученым А. С. Поповым,
поэтому Маркони уже хорошо представлял трудность, стоящую
перед ним, когда устанавливал связь через Атлантику. Ему приш¬
лось выработать специальный код, «чтобы не оставалось сомне¬
ний в том..., что сигналы не являются атмосферными возмуще¬
ниями».
На длинных радиоволнах, используемых для радиосвязи на
сверхдлинные расстояния, атмосферики создают наибольшие по¬
мехи. На коротких волнах, применяемых для радиовещания, и
особенно на самых коротких (УКВ) атмосферные помехи в го¬
раздо меньшей степени нарушают связь. Лишь в тропических
странах из-за многочисленных гроз шумы от близких разрядов
могут сильно мешать приему радиоволн.
При проектировании и планировании сети радиостанций не¬
обходимо знать уровень шумов, создаваемых атмосфериками в
каждом районе. Во время второй мировой войны срочно потре¬
бовались карты уровня шумов на Дальнем Востоке в связи с ор¬
ганизацией систем военной и военно-морской связи в районах
Индийского и Тихого океанов. Поскольку таких данных тогда не
было, специально созданная группа ученых должна была опре¬
делить уровень шумов в данном районе. В работе использова¬
146

лись собранные метеорологами за много лет сведения о распо¬
ложении грозовых очагов и частоте разрядов в них, а также но¬
вейшие данные об электрических процессах, происходящих в ка¬
нале молнии, и об интенсивности атмосфериков в разных диапа¬
зонах длин волн на различном расстоянии от источника.
В результате союзные державы получили карты уровня шу¬
мов на всем земном шаре для различного времени суток и года.
Этими картами, хотя они были составлены на основе весьма при¬
близительных расчетов, пользуются и сегодня при планировании
сети радиосвязи и радиовещания. Карты постоянно уточняются
для того, чтобы удовлетворить потребности радиовещания в тро¬
пических странах. В настоящее время перед международными ор¬
ганизациями стоит задача собрать данные непосредственных из¬
мерений уровня шумов с помощью автоматических регистрирую¬
щих приборов и тщательно изучить атмосферики и грозовые раз¬
ряды.
Спектральный состав атмосфериков
Излучение, возникающее при разряде на землю, зарегистри¬
рованное специальным прибором на расстоянии около 30 км от
молнии, имеет обычно форму, изображенную на рис. 32. Радио¬
волны проходят мимо наблюдателя со скоростью 300 000 км в
секунду, однако они могут быть зарегистрированы на экране ос¬
циллографа, долго сохраняющем изображение формы излуче¬
ния, и затем сфотографированы. Атмосферик, представленный на
рис. 32, вызван разрядом, состоящим из двух ударов. Второсте¬
пенные детали, усложняющие общую картину и не имеющие су¬
щественного значения, опущены. При исследовании атмосфери¬
ков было обнаружено, что основные импульсы испускаются
только при действительно больших и резких изменениях тока
молнии. Эти изменения, как помнит читатель, возникают при раз¬
витии ступеней первого лидера и стремительном росте величины
тока в обратном стримере каждого удара. Стреловидные лидеры
только в редких случаях вызывают заметное излучение, а после
того как лидер начал двигаться, он перемещается вниз по каналу
слишком спокойно, чтобы могло возникнуть излучение.
Формирование импульса начинается длинной серией микро¬
пульсаций, отмеченной на рис. 32 буквой А, каждая из них соот¬
ветствует одной ступени первого лидера. Вся серия пульсаций
проходит точку наблюдения за время, которое требуется пер¬
вому лидеру, чтобы достичь земли (обычно около 0,01 секунды).
Как было сказано на стр. 77, каждая пульсация длится от 30 до
147

90 микросекунд, а средняя частота пульсаций А равна 20 000 ко¬
лебаний в секунду. Именно эти пульсации используются для
включения камеры, описанной в главе 4. Таким образом, сам раз¬
ряд создает сигнал для фотографирования вспышки молнии.
После того как закончится серия пульсаций, созданных ли¬
дером, приходит единственный мощный импульс В, вызванный
резким ростом сильного тока обратного стримера. Его продол¬
жительность обычно около 30 микросекунд, как раз за это время
устанавливается постоянный ток молнии.
Между этим импульсом и импульсом В от обратного стри¬
мера второго удара той же молнии наступает пауза. При разви¬
тии стреловидного лидера второго удара не происходит резких
изменений тока, поэтому мы видим только максимум В1, а пред¬
шествующая ему серия пульсаций А, которую мы наблюдали пе¬
ред соответствующей серией В, отсутствует.
На частотах от 1 до 10 кгц заметные радиопомехи создаются
только излучением обратных ударов (В). На частоте 100 кгц начи¬
нает проявляться излучение, возникающее в ступенчатом лидере
(А), и по мере того как частота приема увеличивается, вклад этих
микропульсаций и излучения, создаваемого разрядами внутри об¬
лака, растет. Наконец, при частоте 10 мгц импульсы серии А за¬
глушают импульсы В и заполняют большую часть времени между
В и В1.
Следует отметить, что за каждым импульсом В наступает ко¬
роткая пауза, около 0,01 секунды. Это моменты, когда соедини¬
тельный стример останавливается перед тем, как начать прокла¬
дывать путь наверх — в отрицательно заряженную часть облака.
Разряды в облаке и в воздухе порождают довольно сложное
излучение, напоминающее по форме серию А. Они не дают им¬
пульсов В, так как не имеют обратного удара, формирующего
эти импульсы.
148

Отражение атмосфериков от ионосферы
Вид кривой, представляющей запись атмоСферика' исследую¬
щегося на большом расстоянии от породившей его молнии, зна¬
чительно отличается от кривой, представленной на рис. 32. В ат-
мосферике, прошедшем путь 300 км (рис. 33), пульсации в се¬
рии А более многочисленны и сложны, а импульс В представлен
серией импульсов (/, 2, «?...), которые повторяются через все
увеличивающиеся интервалы времени.
Причина изменения промежутков времени состоит в том
(в случае, представленном на рис. 33), что радиоволны поступают
к наблюдателю, пройдя различные пути. Первая группа волн
(В, рис. 33), так называемая «земная волна», распространяется
непосредственно над земной поверхностью и точно соответствует
волнам В на рис. 32. На рис. 34 путь этой группы волн обозначен
пунктирной линией G. За импульсом G следуют новые группы
волн, являющиеся отражением от слоя Е, расположенного на вы¬
соте 100 км над поверхностью земли. Часть волн устремляется
вверх, а затем, отразившись от ионосферы, поворачивает вниз.
Она соответственно названа первой «небесной волной» и отме¬
чена 1 на рис. 33 и 34.
Затем следуют группы небесных волн, испытавших 2, 3, 4 и
более отражений от ионосферы и 1, 2, 3 и более отражений от
земли. Так как при отражении часть энергии волны теряется
(рассеивается и поглощается), амплитуда этих последующих не¬
бесных волн обычно меньше, чем амплитуда земной волны, и их
форма сглажена последующими отражениями. Четкие записи ат¬
мосферика (рис. 33) можно получить только ночью, когда ниж¬
няя граница ионосферы с прекращением действия солнечных лу¬
чей становится более резкой. Ночью можно наблюдать до 40 от¬
ражений, днем их число редко превышает четыре. Многочислен¬
149

ные отражения наблюдаются и в серии А, но в этом случае нало¬
жение волн от последующих ступеней лидера и их отражений де¬
лает эту часть снимка слишком сложной для рассмотрения.
Определив интервалы времени между приходом последова¬
тельных импульсов в серии (В, 1, 2, 3...) на рис. 33, можно вычис¬
лить высоту отражающего слоя ионосферы. Ночью она оказалась
равной 100 км, днем, когда слой опускается ниже, ее трудно оп¬
ределить.
На рис. 35 представлен ряд записей атмосфериков, образо¬
вавшихся при разрядах на различном расстоянии от наблюда¬
тельного пункта. Расстояние, пройденное электромагнитными
волнами от источника излучения, показано справа в километрах.
Пульсации А на рисунке не представлены. Обращает на себя
внимание следующее: с увеличением расстояния от разряда до
регистрирующей станции интервалы времени между земной и
первой небесной, а также между последовательными небесными
волнами становятся все короче. Это показано пунктирными ли¬
ниями, соединяющими пики. На записях, соответствующих атмос-
ферикам, прошедшим до наблюдателя путь более 720 км, уже
невозможно различить земную и первую небесную волны, так
как интервалы между ними слишком малы.
Объясним причину изменения промежутков времени между,
например, импульсами G и 1. Рассмотрим рис. 34. Когда расстоя¬
ние до грозы мало, группа волн, составляющих импульс 1, отра¬
жаясь от ионосферы, изменяет направление движения почти на
180°. На больших расстояниях угол отражения уменьшается, а со¬
ответственно уменьшается и разница путей G и /.
150

На этом же рисунке видно, кроме того, что промежутки ме¬
жду двумя последовательными пиками (например, G — /, 1—2
и т. д.) одного и того же атмосферика становятся больше, по
Рис. 35.
мере того как растет порядковый номер небесной волны. При¬
чина та же: с увеличением номера небесной волны растет число
отражений, которые она претерпевает, а путь между двумя отра¬
жениями приближается к вертикальному и становится длиннее,
чем у предыдущей волны. Разность интервалов времени между
двумя любыми импульсами зависит от расстояния до грозы и мо¬
151

жет быть выражена простой формулой, связывающей номера
импульсов с промежутком времени между ними, высотой отра¬
жающего слоя и расстоянием до грозы.
Применяя эту формулу к интервалам, измеренным по записи
всего лишь одного атмосферика, можно, как это было впервые
показано Леби и группой австралийских ученых, одновременно
определить расстояние до молнии — источника излучения и вы¬
соту ионосферы. Автор нашел, что расстояние до грозы, вычис¬
ленное таким образом, хорошо совпадает с расстоянием, опреде¬
ленным либо по метеорологическим сообщениям, либо методами
непосредственного обнаружения, о которых будет сказано позже.
Как уже говорилось, угол падения небесной волны на
ионосферу все больше приближается к вертикальному по мере
роста номера небесной волны и числа отражений. Отсюда выте¬
кает следствие: несмотря на то, что разница в расстояниях, прой¬
денных двумя последовательными небесными волнами, увеличи¬
вается с ростом номера волн, она все же стремится к пределу,
равному расстоянию по вертикали от земли до ионосферы и об¬
ратно. На этом основан еще один метод измерения высоты слоя
ионосферы, отражающего атмосферики.
Кривые g и h на рис. 35 особенно интересны: хотя проме¬
жутки времени между соответствующими небесными волнами
различны, в форме кривых g и h заметно большое сходство, так
как они представляют собой запись атмосфериков от одного и
того же разряда при грозе, разразившейся над морем в 500 км
к юго-востоку от Кейптауна. Кривая g — запись атмосферика в
Иоганнесбурге, в 1295 км от грозы, а кривая h — запись того же
атмосферика, зарегистрированного тысячной долей секунды поз¬
же в Дурбане, в 1635 км от грозы.
Как используются атмосферики
для изучения грозовых разрядов
Исследование формы атмосфериков представляет собой цен¬
ный метод изучения грозовых разрядов.
Одна регистрирующая станция может зафиксировать атмос¬
ферики от всех гроз, происходящих внутри области радиусом не¬
сколько тысяч километров, поэтому, изучая атмосферики, можно
получить ценные сведения о грозовой активности в этой области
в разное время суток и года. Кроме того, те же записи дают воз¬
можность изучать изменения в канале молнии. Разряды, проис¬
ходящие между облаком и землей{ отличаются от разрядов вну¬
152

три облака, так как только первые производят серии импульсов
А и В (рис. 32 и 33). Изучая серии В в атмосфериках, таких, как
на рис. 33, можно получить, например, сведения о знаке, продол¬
жительности, начале и конце токов в обратных ударах разрядов
на расстоянии сотен километров от грозы. Чтобы накопить такое
количество данных любым другим путем, потребовалось бы очень
много лет.
Обнаружение гроз с помощью
пеленгования атмосфериков
Простейший пеленгатор представляет собой экранированный
радиоприемник, который улавливает волны с помощью рамочной
антенны. Наиболее мощный сигнал возникает в антенне, когда
она повернута в сторону передающей станции. По современному
пеленгатору можно определить азимут источника волн с точно¬
стью до V20. Две, а лучше три таких установки, размещенные на
некотором расстоянии друг от друга, дают возможность найти
положение передающей станции. Для этого надо нанести на
карту отмеченные пеленгаторами азимуты, точка их пересечения
укажет координаты передатчика. Точно так же можно установить
координаты грозы, вернее грозового разряда, определяя направ¬
ление прихода атмосфериков. Прибор, разработанный для этой
цели Ватсон-Ваттом, широко использовался, особенно в военное
время, когда требовалось определить координаты гроз над труд¬
нодоступной территорией или над океаном. Если пеленгатор улав¬
ливает атмосферик, на экране появляется яркая линия, указыва¬
ющая направление, по которому пришел атмосферик. Атмосфе¬
рики кратковременны, но послесвечение экрана позволяет наблю¬
дателю отсчитать азимут с достаточной точностью. Приемники
работают на частоте 12,5 кгц, так как на этой волне излучается
максимум энергии атмосферика (и как раз этой частоте соот¬
ветствует частота серии волн на рис. 32). Информация, получен¬
ная этим методом, полезна не только при составлении прогноза
для авиации, но также и общего прогноза.
Метеорологическая организация имеет четыре таких станции
в Великобритании: в Дунстебле, Камборне, Лукарсе (Файф) и в
Ирвинстоуне (Северная Ирландия); радиус действия каждой
2400 км. (Недавно к ним прибавилось еще три: в Гибралтаре, на
Мальте и на Кипре.) Эти станции фиксируют грозы в Атлантике
и Средиземном море. Наблюдения производятся одновременно
НФ бсѳх четырех станциях на Британских островах 12 раз в день.
153

Их показания после нанесения на карту в Дунстебле передаются
по телеграфу и радио, чтобы пилоты могли обойти районы гроз.
Точность этого метода определения местоположения гроз,
дающего погрешность 50 км на каждые 1000 км расстояния, про¬
демонстрирована двумя примерами (рис. 36). Два автоматических
катодных пеленгатора были сооружены в 1938 г. в Иоганнесбурге
и Дурбане в 500 км друг от друга, на карте они обозначены со¬
ответственно I и D. Между станциями поддерживалась телефон-
Рис. 36.
а — 22 апреля 1938 г., 13 час.; Ь—7 апреля 1938 г., 13 час.
ная связь, и ежедневно в 13 часов наблюдатели в течение 15 ми¬
нут регистрировали направление прихода атмосфериков. Резуль¬
таты одновременного охвата грозовой обстановки видны на
рис. 36. Для сравнения приведены координаты точек пересече¬
ния зарегистрированных азимутов (точки) и координаты гроз над
материком, сообщенные метеорологической службой (крестики).
Хотя для рисунка специально выбраны два дня с малым чис¬
лом гроз, однако и во всех остальных случаях, если гроз было не
слишком много, результаты получались не хуже. Метод наблюде¬
ний, безусловно, представляет интерес для организаций, занима¬
ющихся метеорологическими прогнозами, несмотря на то, что
обслуживание двух или трех пунктов катодного пеленгования,
имеющих телефонную связь, обходится довольно дорого. По
этой причине в разных странах проводились работы по созданию
метода, позволяющего определять расстояния до грозы из од¬
ного пункта по форме излучения. Однако резко обозначенные
пики и четкие записи, необходимые для того, чтобы точно опре¬
делить положение грозы, получаются только в одном случае из
шести. Поэтому такого метода до сих пор не существует *.
1 Разработка методов наблюдения из одного пункта ведется и в на¬
стоящее время, однако, несмотря на частные успехи исследователей, в
оперативной практике их еще нельзя использовать.— Прим. ред.
154

Свистящие атмосферики
На рис. 34 схематически изображено отражение радиоизлу¬
чения молнии от слоя Е в соответствии с принятыми представле¬
ниями о природе этого слоя. Лучи указывают направление рас¬
пространения радиоволн. Известно, что при некоторых углах
падения лучей в определенное время суток и в определенных
районах существует граничная частота. Более короткие волны не
возвращаются вниз, а проходя через ионосферу, проникают в
космос. Однако именно благодаря этому радиосигналы от косми¬
ческих ракет и «радиозвезд» могут беспрепятственно достигать
поверхности земли. Более длинные волны, входящие в состав ат-
мосферика, никогда не покидают земли.
Но есть один тип атмосфериков — свистящие атмосферики,—
существование которых указывает на то, что такое представление
слишком упрощенное, так как оказывается, что некоторые самые
длинные волны (самые низкие частоты), входящие в спектр атмо-
сферика под действием магнитного поля, проникают в космос, а
затем снова возвращаются в ионосферу. При этом происходит
дисперсия радиоволн, благодаря чему этот тип атмосфериков и
получил свое название. Звук, создаваемый свистящим атмосфери-
ком в длинноволновом приемнике, воспринимается как музы¬
кальная нота медленно меняющейся высоты (частота от 3 до
1 кгц). Этот звук может повторяться до 20 раз через промежутки
времени, равные 0,7 секунды.
В 1931 г. было обнаружено, что свистящие атмосферики воз¬
никают при грозовых разрядах. Позже канадский ученый Стори,
работавший в Англии, высказал предположение о существовании
механизма, посредством которого часть длинноволновых компо¬
нент атмосфериков может проникать в ионосферу. Волны с ча¬
стотами от 1 до 3 кгц попадают туда благодаря воздействию маг¬
нитного поля земли на электроны и ионы ионосферы. Это не
только помогает волнам с такими частотами вырваться за пре¬
делы ионосферы, но и направляет их вдоль магнитной силовой
линии, начинающейся в той точке, где наблюдается гроза; волны,
обогнув землю на высоте до четырех земных радиусов, возвра¬
щаются к земле в антиподе *.
В так называемом пустом пространстве вне земной атмо¬
сферы должны существовать ионизированные газы (плазма) с
плотностью достаточной, чтобы мог существовать такой механизм
продвижения свистящего атмосферика по этой изогнутой кривой.
’ Антипод — противоположная точка земного щара.— Прим, перев.
155

Какая-то часть атмосферы, очевидно, простирается дальше, чем
до сих пор предполагалось1. Эта часть — экзосфера — действует
«избирательно» по отношению к группе волн, которая ее дости¬
гает (вспомним, действие на белый свет призмы, разлагающей
его на отдельные компоненты — цвета), так как чем выше частота
волны, тем быстрее она распространяется в среде. Следователь¬
но, то изменение высоты звука, которое мы слышим в приемнике,
возникает не из-за наложения на основную частоту других ча¬
стот, как при обычной радиопередаче, а из-за того, что радио¬
волны различных частот достигают приемника неодновременно.
Свистящий атмосферик может отразиться от земли и снова
пройти через ионосферу: при благоприятных условиях отражение
обычно повторяется много раз. Каждый последующий свистящий
атмосферик пересекает ионосферу на два раза больше, чем пре¬
дыдущий, и соответственно имеет большую длительность. Зная
весь спектр звуковых частот, входящих в атмосферик, их распре¬
деление во времени, а также напряженность магнитного поля
земли в экзосфере, можно вычислить плотность ионов в высшей
точке кривой, вдоль по которой распространяются атмосферики.
Плотность оказалась низкой — равной 100 ион/см3, но это пора¬
зительно высокая цифра для пространства, прежде считавшегося
пустым. Плазма в экзосфере, на высоте 1500—15 000 км, над
землей еще только исследуется. Она занимает довольно боль¬
шие области и играет важную, но еще не вполне изученную роль
в образовании полярных сияний и магнитных бурь. Полеты спут¬
ников подтвердили достоверность ее существования. Однако сви¬
стящие атмосферики наблюдаются не всегда — не каждая мол¬
ния создает их; не всякий раз ионосфера пропускает их; причины
этого пока не известны.
Счетчики разрядов и служба
оповещения о грозах
В настоящее время многие промышленные объекты, несмот¬
ря на установленные на них защитные устройства и громоотводы,
подвергаются опасности, когда поблизости проходит гроза. Это
прежде всего заводы, производящие взрывчатые вещества. За¬
тем электростанции и линии электросвязи, работа которых может
быть нарушена при разряде, а также горные разработки, где
1 Измерения, проведенные в СССР К. Н. Грингаузом с сотрудниками
на искусственных спутниках Земли и космических ракетах, подтвердили и
то, что атмосфера распространяется дальше, чем это было известно при
написании книги, и наличие межпланетной плазмы.— Прим. ред.
156

проходку ствола шахты осуществляют с помощью взрывов дина¬
мита, воспламеняемого электрической искрой. К списку заинтере¬
сованных в своевременном предупреждении о грозе следует от¬
нести тех, кто работает с привязными заградительными аэроста¬
тами. Предупреждение о надвигающемся грозовом фронте можно
получить простейшим способом, приспособив радиоприемник
так, чтобы он подавал сигнал лишь при приближении атмосфе-
рика, имеющего такую величину амплитуды, которая указывает,
что гроза близко. Поворачивая переключатель и уменьшая чув¬
ствительность прибора, можно добиться того, чтобы сигнал появ¬
лялся только при как можно более близких грозах. Недостатком
таких устройств является то, что с их помощью нельзя получить
сигналы о грозах в непосредственной близости и указать направ¬
ление перемещения грозы. В том случае, когда требуются такие
данные, необходимо использовать микроволновый радиолокатор.
По сигналам, отраженным грозовым облаком, можно определить
координаты облака.
В то время как радиосвязь и радиовещание заинтересованы
в регистрации атмосфериков, возникающих от внутриоблачных
разрядов и от разрядов на землю, для электросети необходима
регистрация только второго типа разрядов. Приборы, сконст¬
руированные Маланом для этой цели, основаны на различии ме¬
жду излучением, возникающим в обоих случаях.
Заряжение земли во время гроз
Какова природа электрического заряда земли и почему он
поддерживается постоянным — вот те вопросы, ответ на которые
также связан с изучением гроз.
Огни Св. Эльма — наиболее мощная видимая форма разряда
с острия, сопровождаемая свечением и треском. Менее замет¬
ные разряды, невидимые и неслышимые, происходят все время,
пока грозовое облако активно. Любой возвышающийся предмет,
будь то кустарник, дерево, строение, бесшумно разряжает землю,
посылая наверх электричество в виде потока ионов, подобно за¬
земленному стержню (см. рис. 3). Хотя ток с каждого отдельного
острия мал, суммарный эффект от всех острий значителен. Не¬
сколько лет назад автор срезал невысокий боярышник — типич¬
ное растение той местности, где он жил, и укрепил его на изоля¬
торах, как показано на рис. 37 (масштаб не выдержан). Автор из¬
мерял токи, текущие во время грозы вверх, с помощью микро¬
амперметра, который соединял дерево с землей в точке А. Когда
дерево не было заземлено, оно электризовалось, как стержень
157

Франклина (см. рис. 2), и испускало искры, весьма неприятные
для того, кто его касался рукой. Умножая среднюю величину
тока с деревьев, находившихся на разном расстоянии от грозы,
на число деревьев, создающих во время грозы одинаковый ток,
а затем складывая все результаты, автор нашел, что суммарный
+ + + +++4-+. + +-I- + 4-
+ 4 + ;+ + + [ + + f + + Y+ + \
Z	/	I	I	I	\	\
+ + + + 4-	4-4-4-4-4-+4-К4-4- + +
Рис. 37.
ток равен примерно За. Эта величина близка к величине тока,
возникающего между двумя полюсами грозового облака. Такой
же ток течет под всеми облаками. Так как в большинстве случаев
облака имеют отрицательно заряженное основание, то в сумме
они «вытягивают» из земли значительный положительный заряд
рис. 37). При этом на земле остается отрицательный заряд, кро¬
ме того, молнии тоже переносят на землю отрицательный заряд.
Однако одновременно происходит и нейтрализация отрицатель¬
ного заряда земли: оказывается, что большая часть дождевых
капель падает на землю, неся положительный заряд. На первый
взгляд это противоречит тому, что говорилось в предыдущей
главе о заряде, который приобретают капли, находясь в облаке.
Но ведь капли, падая на землю, встречают огромное количество
положительных ионов, возникающих при разрядах с острия.
Этих ионов достаточно, чтобы за счет процесса, напоминающего
158

Процесс Вильсона, не только нейтрализовать первоначаль¬
ный отрицательный заряд капель, но и создать на них поло¬
жительный заряд. Таким образом, дождь возвращает земле не¬
которую часть положительного заряда, отобранного у нее при
разряде с острий. Продолжительные наблюдения, проведенные
Вормелем в Англии, а также другими учеными в различных ме¬
стах, говорят о том, что в итоге грозовые и дождевые облака
заряжают землю отрицательно. Измерения, проведенные над
облаками с помощью самолета, показали, что токи, текущие от
вершин облаков к верхним слоям атмосферы, «вытягивая» из нее
отрицательные ионы, заряжают ее положительно. Таким образом,
облако оказывается электрическим генератором, включенным во
внешнюю цепь, которая состоит из земли и верхних слоев атмо¬
сферы.
Заряды, возникающие на земле и в верхних слоях атмо¬
сферы, быстро распространяются по всем направлениям и прояв¬
ляются на всем земном шаре в областях хорошей погоды. О су¬
ществовании этих зарядов было известно более 100 лет назад, но
только недавно оно получило объяснение. Если бы не постоянно
действующий процесс заряжения, то обычной ничтожной прово¬
димости воздуха оказалось бы достаточно, чтобы ток в областях
хорошей погоды нейтрализовал эти два противоположных заряда
за десять минут. Казалось бы, грозы помогают раскрыть тайну:
около 44 000 грозовых облаков образуется ежедневно, каждое из
них работает как генератор электричества, перекачивая заряды
от земли к верхним слоям атмосферы. Таким образом, по пред¬
положению Вильсона, сохраняется отрицательный заряд на земле
и положительный в верхних слоях атмосферы, несмотря на раз¬
ряжающее действие тока за счет проводимости воздуха в обла¬
стях хорошей погоды. Если верно это предположение, то заряд
на земле в областях хорошей погоды должен меняться одновре¬
менно с изменением суммарной грозовой деятельности. Хотя
грозовая активность меняется в течение суток нерегулярно, все
же известно, что она наивысшая в то время, когда над Африкой
и Южной Америкой — главными экваториальными материками —
сияет полуденное солнце, то есть от 14 до 20 часов по Гринвичу.
Минимум грозовой активности наступает примерно на двенадцать
часов позже. Соответственным образом должен изменяться и за¬
ряд земли. Это предсказание превосходно подтверждается на¬
блюдениями. Действительно, точно такая же суточная вариация
заряда была открыта за много лет до предположения Вильсона в
результате наблюдений за электрическим зарядом земли, прове¬
ренных во время плавания американского научно-исследователь-
159

ского судна «Карнеджи» и во время экспедиций в Арктику и Ан¬
тарктику. Суточные вариации заряда земли были обнаружены над
океанами и ледяными шапками земли. Над материками дым и
пыль создают местные изменения электрических характеристик,
которые затрудняют измерения электрического поля заряда
земли.
«▲тмосферики» с Юпитера
По наблюдениям, производимым чувствительными радиоте¬
лескопами, планета Юпитер является источником внезапных, не¬
регулярных электромагнитных возмущений. Если эти «атмосфе-
рики» вызваны грозами на Юпитере, то энергия разрядов, кото¬
рые их производят, в миллионы раз больше, чем земных. Атмо¬
сфера Юпитера не похожа на земную, она состоит из водорода и
гелия. В этой смеси, как предполагается, взвешены кристаллы
метана и аммиака при температуре —123° С, так что не исклю¬
чена возможность некоторых специфических и очень мощных
способов генерации зарядов.
Однако возможно и другое, более правдоподобное объясне¬
ние: атмосферики, приходящие с Юпитера, связаны с эмиссией
солнцем заряженных частиц. Эти частицы испускаются при сол¬
нечных вспышках, вызывающих нерегулярные возмущения зем¬
ных магнитных полей и ионосферы. Частицы, собранные в радиа¬
ционном поясе Юпитера магнитным полем такой колоссальной
планеты, могут создать громадные электрические поля, а следо¬
вательно, и разряды в масштабе, превосходящем наше воображе¬
ние. Это предположение можно было бы проверить, измеряя
сдвиг по времени между солнечными вспышками и появлением
атмосфериков с Юпитера.
Многие горячие звезды, включая Солнце, излучают радио¬
волны высокой частоты, пронизывающие ионосферу. Источник
этих волн — горячую плазму в звездных магнитных полях — едва
ли можно рассматривать как грозы. Но мысль, что некоторые из
остывающих звезд имеют холодную атмосферу, в которой могут
возникать грозы, весьма интересна. Брус выдвинул остроумные
гипотезы, объясняющие внезапные вспышки длиннопериодных
переменных звезд, из-за которых эти звезды становятся в сред¬
нем в 100, а иногда и в 10 000 раз ярче в максимуме, чем в ми¬
нимуме. Слишком рано высказывать суждения о его многих ин¬
тереснейших предположениях, которые включают мысль о су¬
ществовании в туманностях молний с каналами длиной до 1 млн.
световых лет.
160

Оглавление
Вместо предисловия. И. Имянитов	 3
1.	До громоотвода	 8
2.	Бенжамен Франклин изобретает громоотвод ....	20
3.	Виды молнии и некоторые связанные с ними явления 41
4.	Световые процессы, вызванные разрядом молнии . .	65
5.	Электрические процессы в грозовом разряде ....	88
6.	Защита от молнии	 109
7.	Электризация грозовых облаков	 127
8.	Косвенные эффекты, сопровождающие грозу, и эф¬
фекты, производимые ею на расстоянии	145