Майже всі знають, що визначити, як далеко від нас блискавка, можна за часом, який минає між моментами, коли ми бачимо спалах і чуємо грім. Але пояснення цієї закономірності дає нам змогу уявити, які потужні сили задіяні в цьому процесі. Воно не має нічого спільного з поясненням, яке я почув якось від одного студента: блискавка створює щось на зразок зони низького тиску, а грім виникає, коли в цей пролом несеться повітря і зіштовхується з повітрям з іншого боку. Насправді все майже точнісінько навпаки. Енергія блискавки розжарює повітря до 20 000 градусів за Цельсієм — що більш ніж утричі гарячіше, ніж на поверхні Сонця. Це розжарене повітря створює потужну хвилю тиску, яка врізається в прохолодніше повітря, що її оточує, і в результаті виникають звукові хвилі. У повітрі звук за три секунди проходить приблизно кілометр, тому, відраховуючи секунди, можна досить легко визначити відстань до блискавки.
Таке різке нагрівання повітря пояснює ще одне явище, яке ви, мабуть, спостерігали під час грози. Ви помічали, як по-особливому пахне в повітрі після грози за містом: якоюсь свіжістю, наче гроза начисто вимила повітря? Цей запах у місті відчутний слабко, бо в атмосфері повно вихлопних газів від автівок. Але навіть якщо вам знайомий цей дивовижний аромат (якщо ні, раджу згадати про це, коли ви наступного разу вийдете надвір одразу після грози), я впевнений, ви не знали, що це запах озону — різновиду кисню, молекула якого складається із трьох атомів. Молекули звичайного кисню, що не має запаху, складаються із двох атомів і називаються О2. Утім страшний жар від розряду блискавки розриває молекули звичайного кисню — не всі, але значну кількість. А ці окремі атоми кисню нестабільні, тому приєднуються до молекул О2, утворюючи О3 — озон.
У невеликих концентраціях озон пахне чарівно, а от у більших він уже не такий приємний. Його часто можна знайти під високовольтними лініями передач. Якщо лінії гудять, це найімовірніше означає, що десь щось іскрить (це явище називають коронним розрядом), і тому утворюється невелика кількість озону. У безвітряну погоду ви маєте відчути його запах.
А тепер повернімося до твердження, що кросівки начебто можуть вас захистити, коли ударить блискавка. Від розряду силою 50 000–100 000 амперів, здатного розжарити повітря до температури, втричі вищої за температуру на поверхні Сонця, ви майже напевне згоріли б ущент, билися б у конвульсіях від ураження струмом або вибухнули б від того, що вся вода у вашому тілі миттєво перетворилася б на розжарену пару, — незалежно від того, у що ви взуті. Саме це стається із деревами: сік у ньому вибухає, розриваючи його кору. Сто мільйонів джоулів енергії — еквівалент приблизно 25 кілограмів динаміту — це вам не абищо.
А як щодо гумових покришок? Чи захистять вони вас, якщо ви будете в машині, в яку вдарить блискавка? Шанси, що ви не постраждаєте, існують — я цього не гарантую! — утім зовсім з іншої причини. Електричний струм проходить через поверхневий шар провідника — це явище має назву скін-ефект, а в машині ви наче сидите в металевому ящику, а метал, як ми вже знаємо, добре проводить струм. Ви можете навіть торкнутися вентиляційної решітки на приладовій панелі й нічого не відчути. Проте я закликаю вас не випробовувати долю: більшість сучасних машин обладнані деталями зі склопластику, в якому скін-ефект не спостерігається. Інакше кажучи, якщо у вашу машину вдарить блискавка, на вас — і вашу автівку — чекає надзвичайна неприємність. Можливо, ви захочете переглянути коротеньке відео, як блискавка влучає в машину (cutt.ly/PwrxxTn), і фотографії фургона після удару блискавкою (prazen.com/cori/van.html). Із такими речами точно не варто жартувати!
На щастя для всіх нас, із пасажирськими літаками ситуація зовсім інакша. Блискавка влучає в них у середньому раз на рік, але завдяки скін-ефекту вони залишаються неушкодженими. Подивіться це відео: youtube.com/watch?v=036hpBvjoQw.
Ще один цікавий експеримент, пов’язаний із блискавкою (утім я не раджу вам повторювати його!), дуже часто приписують Бенджаміну Франкліну: запускання в грозу повітряного змія із підвішеним до нього металевим ключем. Вважається, начебто Франклін хотів перевірити гіпотезу про те, що грозові хмари породжують електричний вогонь. Він міркував так: якщо блискавка і справді є джерелом електрики, тоді мотузка повітряного змія, намокнувши під дощем, стане хорошим провідником для цієї електрики (хоч він і не вживав цього слова), і заряд потрапить на ключ, прикріплений ближче до кінця мотузки. Доторкнувшись кулаком до ключа, він викликав іскровий розряд. Проте, як і у випадку з Ньютоном, який в останні роки життя стверджував, що його надихнуло падіння яблука з дерева, немає жодних свідчень сучасників про те, чи проводив Франклін цей експеримент узагалі. Є лише звіт про експеримент у його листі, надісланому в Лондонське королівське товариство, та ще один письмовий документ, який склав п’ятнадцять років по тому його друг Джозеф Прістлі, першовідкривач кисню.
Невідомо, чи проводив Франклін цей дослід, що було б украй небезпечно й цілком могло закінчитися смертю винахідника. Але він опублікував опис іншого експерименту, метою якого було спустити на землю блискавку за допомогою залізного стрижня, установленого на верхівці вежі або дзвіниці. Через кілька років француз Тома-Франсуа Д’Алібар, який був знайомий із Франкліном ще раніше і переклав його ідеї французькою, здійснив цей експеримент у дещо інший спосіб, і вижив, щоб переповісти його. Він установив націлену в небо 12-метрову сталеву жердину і спостерігав біля її незаземленої нижньої частини іскри.
Професор Георг Вільгельм Ріхман, визначний учений, який народився в Естонії, а потім жив у Санкт-Петербурзі, член Петербурзької академії наук, багато років вивчав електричні явища, очевидно надихнувшись експериментом Д’Алібара, також вирішив спробувати здійснити його. Як розповідає Майкл Браян Шиффер у захопливій книжці «Знешкодьте блискавку: Бенджамін Франклін і електротехніка доби Просвітництва» (Draw the Lightning Down: Benjamin Franklin and Electrical Technology in the Age of Enlightenment), Ріхман установив на даху свого будинку залізний прут і за допомогою латунного ланцюга з’єднав його з електровимірювальним пристроєм у лабораторії на першому поверсі.
Як навмисне — або ж це знак долі — під час засідання Академії наук у серпні 1753 року зібралося на грозу. Ріхман помчав додому, покликавши із собою художника, який мав ілюструвати його нову книжку. Поки учений спостерігав за обладнанням, ударила блискавка, пройшла вниз металевим стрижнем і ланцюгом, вистрибнула десь у сантиметрах тридцяти від голови Ріхмана і вбила його, відкинувши через усю кімнату, заразом оглушивши художника, який від удару знепритомнів. В інтернеті можна знайти кілька ілюстрацій, на яких зображено цю жахливу сцену, хоча достеменно не відомо, чи був їхнім автором згаданий вище художник.
Франклін винайшов схожий пристрій, але вже заземлений. Зараз він відомий під назвою громовідвід. Він ефективно заземляє розряди блискавки, хоч і діє за іншим принципом, ніж припускав Франклін. Він вважав, що через металевий стрижень між наелектризованою хмарою і будівлею відбуватиметься постійний розряд, тому різниця потенціалів залишатиметься низькою і блискавка не становитиме загрози. Він був так переконаний у своїй правоті, що порадив королю Георгу ІІ установити громовідводи на даху королівського палацу та складах із боєприпасами. Опоненти Франкліна заявляли, що громовідвід лише притягне блискавку, а ефект від розряду, який зменшуватиме різницю потенціалів між спорудою і грозовими хмарами, буде незначним. Король, як каже історія, повірив Франкліну і встановив громовідводи.
Незабаром після цього блискавка влучила в один зі складів, але він майже не зазнав ушкоджень. Отже, громовідвід подіяв, але з дещо інших причин. Критики Франкліна мали рацію: громовідводи таки притягують блискавку, а розряд стрижнів справді незначний порівняно з колосальним зарядом грозової хмари. Утім громовідвід виконує-таки завдання, бо якщо стрижень достатньо товстий, щоб витримати 10 000‒100 000 амперів, то струм не виходитиме за його межі й заряд передаватиметься ґрунту. Франклін був не тільки талановитим винахідником — йому ще й надзвичайно щастило!
