К тому же 1756 году относится незаконченная и неопубликованная диссертация Ломоносова «Теория электричества, разработанная математическим способом». Ломоносов, как и Эйлер, исходил из эфира, но электризацию тел предполагал результатом вращательного движения частиц эфира внутри самих тел и в окружающем их пространстве.
Обе теории были принципиально новыми, потому что сводили причину электрических явлений не к свойствам мифической электрической жидкости, а к специфическим формам движения эфира, признанного реально существующим наукой того периода. Правда, отрицая движения электрической жидкости, теории Эйлера и Ломоносова носили чисто электростатический характер и приводили к неправильному представлению о грозозащите и об устройстве громоотводов.
Ломоносов писал о двух способах защиты от грозы. Первый заключался в сооружении на пустырях и на крышах зданий тщательно изолированных от земли «электрических стрел» – «дабы ударяющая молния больше на них, нежели на головах человеческих и на храминах, силы свои изнуряла».
Второй способ грозозащиты русский академик видел в «потрясении воздухом». Это была дань старым воззрениям, гласившим, что отогнать грозу можно колокольным звоном.
«Белые пятна» на карте науки
Казалось бы, люди, занявшиеся изучением электрических сил, в первую очередь должны были обратить внимание на атмосферное электричество. Ведь оно, как никакое другое, ближе всего – под руками. Однако на деле вышло совсем не так. Долгое время никому даже в голову не приходило, что молния и крошечная искорка, прыгающая с натертого куска янтаря, – явления одной природы, разные лишь по своему масштабу. Немалую роль в этом сыграло заблуждение древних философов, убежденных в том, что мир Земли не имеет ничего общего с миром Неба. Лишь в XVIII веке наступило время объединить наблюдаемые явления и уверенно заявить о том, что небесное и земное электричество – явления одной природы. И только в XX столетии люди наконец уяснили себе механизм образования грозы.
Что такое молния? Электрическая искра, возникающая между разноименно заряженными облаками или между облаком и землей. Гром – треск этой искры. В канале молнии воздух очень быстро нагревается, а нагревшись, расширяется, как при взрыве. Возникают звуковые колебания, воспринимаемые нами как гром.
Возникает вопрос: откуда появляются электрические заряды в атмосфере? Вы, наверное, не раз слышали об ультрафиолетовом и корпускулярном излучении Солнца. Проникая в верхние слои атмосферы, это излучение разбивает нейтральные молекулы воздуха на заряженные частицы – ионы, ионизирует воздух. То же действие оказывают и космические лучи, пронизывающие всю толщу атмосферы. А у самой поверхности земли воздух подвергается атакам излучения радиоактивных элементов, которые в изобилии содержатся в земной коре.
В конце XIX века ученые пришли к выводу, что в атмосфере Земли на высоте примерно шестидесяти километров начинается ионизованная область – ионосфера, проводящий слой атмосферы, который, как скорлупой, охватывает планету. Это позволяет грубо приближенно рассматривать земную поверхность и ионосферный слой как обкладки конденсатора с разностью потенциалов около 300 кВ. В районах ясной погоды этот природный конденсатор постоянно разряжается, поскольку ионы под действием сил электрического поля уходят вниз к Земле. А вот в районах грозовой деятельности картина иная. Считается, что в каждый момент времени грозой охвачен в среднем примерно 1 % земной поверхности. В этих районах мощные токи текут снизу вверх, компенсируя «разряд» в «ясных» районах. Таким образом, грозовые облака – это не что иное, как природные электрические генераторы, поддерживающие в равновесии всю систему сложного электрического хозяйства во всеземном масштабе.
Если вспомнить уроки физики в школе, то и сам механизм образования грозы перестает быть тайной: мощные вертикальные потоки поднимают вверх влажный теплый воздух. Наверху воздух расширяется и при этом охлаждается. Водяной пар конденсируется в капельки воды, которые собираются в кучевые облака. Давление у земли понижается, воздух с периферии устремляется к центру. Возникает ветер. Вот и готова первая стадия грозы.
Вторая стадия начинается с выпадения дождя. На высоте в облаке появляются ледяные кристаллы. Сильные вихри перемешивают наэлектризованные частицы облака, возникают искры-молнии, гремит гром. Восходящие и нисходящие потоки воздуха крутят водяные струи ливня то в одну, то в другую сторону. Вот когда гроза в разгаре!
А потом наступает стадия разрушения грозы. Во всей ее области развиваются нисходящие потоки воздуха.
Атмосферный конденсатор из грозовых туч
Не получая больше от земли ни влаги, ни тепла, гроза затихает. Грозовое облако тает. Ветры из сходящихся превращаются в расходящиеся. «Вылившийся» с высоты холодный воздух, свежий, напоенный озоном, говорит о прекращении грозы.
Вот так! Обыкновенный феномен природы. Правда, не следует забывать, что для такого вот бесстрастного объяснения понадобились не годы, а столетия страха, мифов, а потом упорного труда собирания фактов и их осмысления. Понадобились думы и рассказы старейшин, колдовские действия магов и жрецов, размышления философов и, наконец, опыты естествоиспытателей. Опыты с неизвестным, опыты, сопряженные со смертельной опасностью, и все-таки – опыты…
В одной из книг по метеорологии в разделе «Возникновение грозы» написано: «В настоящее время хотя причины образования всех видов гроз и неизвестны точно, все же сами грозы уже настолько изучены, что можно указать основные явления, происходящие при грозе.» Главное в этой фразе – ее начало, признающее, что и по сей день точные причины образования гроз нам неизвестны.
Молнии бывают не только в грозовых облаках. Вулканологи, изучающие извержения, много раз отмечали молнии в облаках вулканического пепла. Мир был взволнован сообщениями о катастрофических взрывах на японских супертанкерах. Самое необычное заключалось в том, что случались они, как правило, во время промывки их колоссальных танков сильной струей воды… Одним из объяснений является предположение, что при промывке возникали облака из электрически заряженных нефтеводяных капель. Создавалось электрическое поле с высокой напряженностью и благоприятные условия для образования электрического разряда…
Не может не поражать удивительная способность атмосферы накапливать и удерживать электрический заряд. Сегодня мы знаем, что земля, земная поверхность заряжена всегда отрицательно. В атмосфере содержатся положительные объемные заряды, плотность которых уменьшается с высотой. В целом же для мирового пространства Земля с ее атмосферой, по-видимому, электрически нейтральное тело.
Ежегодно над земным шаром бушует около сорока пяти тысяч гроз. Различные специалисты приводят разные цифры, но это не принципиально. Примерно каждые четыре секунды где-то сверкает молния. И если учесть, что средняя гроза по потенциальной мощности может быть сравнима с атомной бомбой, то просто плакать от бессилия хочется – столько энергии в мире пропадает зря!
Ученые много знают о грозах. Их изучают с земли, фотографируют из космоса со спутников. Их изучают изнутри. Самолеты, начиненные измерительной аппаратурой, кружатся около эпицентра грозы. Приборы фиксируют силу заряда, напряженность электрического поля, степень ультрафиолетового и рентгеновского излучений при блеске молний.
В период с 1928 по 1933 год три швейцарских физика – Браш, Ланж и Урбан – решили попробовать использовать энергию молний для своих опытов. На горе Дженерсо, где атмосфера всегда щедро насыщена электричеством, они подвесили на высоте около восьмидесяти метров над землей металлическую сетку, которая должна была собирать из туч положительные заряды. Очевидцы рассказывали, что это было страшное устройство, работа с которым требовала отчаянного мужества. Сеть исправно работала, собирая заряды и повышая свой потенциал. Когда он достигал максимума, воздушный промежуток с оглушительным треском пробивала огненная искра длиной более четырех метров! Разряд длился примерно сотую долю секунды, а сила тока при этом достигала десятков тысяч ампер!
В один из недобрых дней во время опасного эксперимента от разряда такой молнии, пойманной в сеть, погиб Курт Урбан, после чего эксперименты на горе Дженерсо прекратились. Правда, прошло совсем немного времени, и они возобновились в других местах. В основном они велись по военным ведомствам.
