Облака, особенно низкие, благодаря собственному высокому потенциалу, способствуют образованию значительного градиента атмосферного электричества, а потому в облачную погоду, во время гроз, дождя, метелей и т. д. появление огней святого Эльма наиболее вероятно. Чаще они наблюдаются при отрицательном заряде, и тогда огни имеют голубоватый цвет, при положительном — они красноватые. Довольно часто, особенно в тропических широтах, это явление наблюдается на море: оконечности рангоута судна начинают испускать свет, часто довольно яркий. Здесь периодичность повторяемости несколько иная, чем на суше: наиболее часто огни святого Эльма наблюдаются весной и осенью, реже зимой и совсем редко летом. Иногда свечение огней Эльма сопровождается свистящим звуком, подобным тому, который слышится при тихом разряде электростатической машины. При этом, как при всяком тихом разряде, происходит озонирование воздуха.

Особенно благоговейно к этому явлению относились моряки. Их охватывал радостный трепет, когда в обстановке низко летящих облаков на концах мачт вдруг возникало свечение — символ того, что святой Эльм (Эрас-мус) принял судно под свое покровительство. Эти огни дали морякам Христофора Колумба второе дыхание. Упавшие было духом, они увидели в сиянии огней знак того, что их бедам и мытарствам скоро будет конец.

Еще у древнегреческих мореходов эти огни были добрым знаком, ведь их зажигала Прекрасная Елена — сестра Диоскуров, которые покровительствовали морякам. Эти огни были знаком того, что буря, гроза утихомириваются.

Для корабельных радистов эти огни создают радио-помехи, сильно электризуют радиоантенну. Этот тлеющий разряд сходен с огнями неоновых реклам и возникает вследствие стекания электрического заряда с острых концов различного рода предметов.

В горах, как правило, это явление достигает максимума, когда основание облака почти касается земли. В долинах оно тоже хорошо проявляется. При возникновении этих огней, венчающих головы и пальцы людей, слышен сильный треск, а от голов и пальцев поднимаются светящиеся языки длиной в несколько сантиметров. Вокруг голов возникает сияющий нимб, а с концов палок, ледорубов стекают языки пламени. Не исключено, что горящий и не сгорающий куст, в виде которого Бог беседовал с Моисеем на горе Синай, был не чем иным, как огнями святого Эльма.

Полагают, что свечение более ярко, когда грозовое облако на своей нижней границе имеет отрицательный заряд. В этом случае свечение приобретает красноватый оттенок. Когда нижняя часть облака заряжена положительно, свечение слабее и имеет голубоватый оттенок. Кстати, этот оттенок встречается реже, чем красный.

Огни Эльма можно наблюдать не только во время грозы. Они возникают во время сильных песчаных бурь, когда мчащиеся с большой скоростью песчинки сильно электризуются. Отмечались эти огни и во время извержений вулканов.

У жителей Швейцарских Альп огни святого Эльма служили для предсказания грозы. На возвышенном месте, например на стене замка, водружалось копье с деревянным древком. Стражник замка время от времени подносил к этому копью алебарду и, если появлялись искры, звонил в колокол, предупреждая крестьян, пастухов и рыбаков о приближающейся грозе.

Эти огни появляются и на самолетах, на винтах и различных выступающих заостренных частях корпуса. Их появление отнюдь не радует пилотов, так как эти разряды создают сильные радиопомехи, известные как статические помехи. Для уменьшения помех на самолетах устанавливаются специальные разрядники — металлические метелочки, расположенные на некотором расстоянии друг от друга. Эти разрядники не дают накопиться на корпусе большому заряду, а появляющийся заряд постепенно «сцеживается» в атмосферу.

Рассмотрим подробнее электрическое явление, которое помогает понять происходящие в атмосфере процессы. Разновидностью тлеющего разряда является коронный разряд, или электрическая корона. Коронный разряд возникает при резко выраженной неоднородности электрического поля вблизи одного или обоих электродов. Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности. Это различные острые части механизмов или даже тонкие провода. При коронном разряде эти электроды окружены характерным свечением, также получившим название короны, или коронирующего слоя. Примыкающая к короне несветящаяся («темная») область межэлектродного пространства называется внешней зоной. Корона часто появляется на высоких остроконечных предметах (огни святого Эльма), вокруг проводов линий электропередач и т. д. Коронный разряд может иметь место при различных давлениях газа в разрядном промежутке, но наиболее отчетливо он проявляется при давлении не ниже атмосферного.

Появление коронного разряда объясняется ионной лавиной. В газе всегда есть некоторое число ионов и электронов, возникающих случайно. Однако число их настолько мало, что газ практически не проводит электричество. При достаточно большой напряженности поля кинетическая энергия, накопленная ионом в промежутке между двумя соударениями, может сделаться достаточной, чтобы ионизировать нейтральную молекулу при ударе. В результате образуется новый отрицательный электрон и положительно заряженный остаток — ион.

Свободный электрон при соударении с нейтральной молекулой расщепляет ее на электрон и свободный положительный ион. Электроны при дальнейшем соударении с нейтральными молекулами снова расщепляют их на электроны и свободные положительные ионы и т. д.

Такой процесс ионизации называют ударной ионизацией, а ту работу, которую нужно затратить, чтобы произвести отрывание электрона от атома, — работой ионизации. Работа ионизации зависит от строения атома и поэтому различна для разных газов. Образовавшиеся под влиянием ударной ионизации электроны и ионы увеличивают число зарядов в газе, причем, в свою очередь, приходят в движение под действием электрического поля и могут произвести ударную ионизацию новых атомов. Таким образом, процесс усиливает сам себя, и ионизация в газе быстро достигает очень большой величины. Явление аналогично снежной лавине, поэтому и процесс был назван ионной лавиной.

Натянем на двух высоких изолирующих подставках металлическую проволоку, имеющую диаметр несколько десятых миллиметра, и соединим ее с отрицательным полюсом генератора, дающего напряжение несколько тысяч вольт. Второй полюс генератора отведем к земле. Получится своеобразный конденсатор, обкладками которого являются проволока и стены комнаты, естественно, сообщающиеся с землей.

Поле в этом конденсаторе весьма неоднородно, и напряженность его вблизи тонкой проволоки очень велика. Повышая постепенно напряжение и наблюдая за проволокой в темноте, можно заметить, что при известном напряжении возле проволоки появляется слабое свечение (корона), охватывающее со всех сторон проволоку; оно сопровождается шипящим звуком и легким потрескиванием. Если между проволокой и источником включен чувствительный гальванометр, то с появлением свечения гальванометр показывает заметный ток, идущий от генератора по проводам к проволоке и от нее — по воздуху комнаты к стенам, между проволокой и стенами он переносится ионами, образованными в комнате благодаря ударной ионизации. Таким образом, свечение воздуха и появление тока указывают на сильную ионизацию воздуха под действием электрического поля. Коронный разряд может возникнуть не только вблизи проволоки, но и у острия, и вообще вблизи любых электродов, возле которых образуется очень сильное неоднородное поле.

Коронный разряд имеет весьма широкое применение в современных технологиях. Вот в каких процессах его применяют:

• Электрическая очистка газов (электрофильтры). Сосуд, наполненный дымом, внезапно делается совершенно прозрачным, если ввести в него острые металлические электроды, соединенные с электрической машиной, все твердые и жидкие частицы будут осаждаться на электродах. Объяснение опыта заключается в следующем: как только вблизи проволоки зажигается корона, воздух внутри трубки сильно ионизируется. Газовые ионы прилипают к частицам пыли и заряжают их. Так как внутри трубки действует сильное электрическое поле, заряженные частицы пыли движутся под действием поля к электродам, где и оседают.