Занимательное облаковедение. Учебник любителя облаков - Гэвин Претор-Пинней

Кучево-дождевые облака во всей своей красе.

А вот природу грома, наоборот, изучили довольно хорошо. Это не звук «сухого испарения», производимый множеством остывающих облаков, сталкивающихся с соседними облаками, как утверждал Аристотель. И не воздух, резонирующий вроде органной трубы, когда одно облако опускается на другое, — так предполагал Рене Декарт. Я с удовольствием воображаю себе ожесточенные споры между метеорологами на предмет того, является ли источником грохота Райдэн, японский бог грома и молнии. Райдэн похож на красного демона, у него острые когти, и он любит полакомиться человечьими пупками. В Японии малыши, не желая испытывать судьбу, во время раскатов грома прикрывают себе животики ладошками.

Но увы, ожесточенных споров что-то не слышно. Мы знаем, что причиной оглушительного треска и грохота является невероятное количество теплоты, выделяемой при вспышке молнии. Вспышка моментально нагревает воздух до 27 000 °C. Это в четыре раза выше температуры на поверхности Солнца, а процесс занимает всего несколько миллионных долей секунды, завершаясь взрывным расширением воздуха вокруг вспышки. Которое мы принимаем за вспарывающий воздух раскат грома.

Мы еще не постигли процесс образования молнии до мельчайших деталей, нам известны лишь общие моменты. Однако основные принципы понятны. Молния — это электричество, проходящее через воздух, а возникает она под действием областей разных электрических зарядов, влияющих на облака.

Образование заряда в кучево-дождевом облаке можно к какой-то степени сравнить с образованием электростатического заряда на вашей одежде во время хождения по синтетическому ковру. С волокон ковра на обуви собираются электроны, что и вызывает зарядный дисбаланс между вами и окружающей средой. Когда вы прикасаетесь к проводнику, скажем, к дверной ручке, отрицательный заряд в виде искры уходит от вас через пальцы.

Кучево-дождевое облако обходится без обуви, однако оно способно создать зарядный дисбаланс, вызываемый столкновением крупных градин и более мелких ледяных частиц внутри сильных завихрений грозовой тучи. Когда градины и частицы льда сталкиваются, первые забирают у последних электроны (заряженные отрицательно). Таким образом, на градинах накапливается отрицательный заряд, ну а более мелкие частицы льда соответственно остаются с положительным зарядом.

Восходящие конвекционные потоки облака поднимают частицы льда, а более тяжелые градины опускаются. Так что для создания зарядного дисбаланса кучево-дождевому облаку нет никакой надобности в синтетическом ковре.

Состояние, при котором заряды в облаке разделены, едва ли можно назвать «стабильным» положением дел. Мощные конвекционные потоки в самом средоточии кучево-дождевого облака приводят к супружеским трениям, и все идет к вспышке — той самой, которая принимает вид масштабного перераспределения электричества.

***

Когда я был маленьким, наша семья жила в многоквартирном доме с видом на крыши Восточного Лондона. Подобные дома-башни всегда были замечательными пунктами для наблюдений за облаками; когда поздно вечером случалась гроза, я вовсю пользовался таким удобным местоположением. Становясь в темноте между занавеской и холодным оконным стеклом, я вглядывался через ливневый шквал в самую бурю, пытаясь угадать в неразберихе вихревых потоков дождя и туч, где сверкнет очередная молния. Но куда бы я ни смотрел, поймать вспышку молнии мне так и не удавалось.

Ожидая очередного сполоха, я рисовал на запотевшем от моего дыхания окне и смотрел, как ручейки дождевых капель, бежавшие по стеклу снаружи, сливались и расходились. Я гадал, какой будет следующая молния: разветвленной или сплошной. В действительности же разницы между двумя этими молниями нет: сплошная молния возникает тогда, когда туча загораживает разветвленную молнию, и мы видим просто вспышку, освещающую тучу.

Однако кое в чем молнии отличаются одна от другой, и самое главное отличие — место, в которое направлен удар молнии. Принято считать, что молния ударяет «из тучи в землю», но это лишь один из ее возможных маршрутов, причем такая молния вовсе не самая распространенная.

Есть и другой тип молнии, известный как молния «в туче»: искра проделывает путь из одной части грозовой тучи в другую, уравновешивая дисбаланс электрических зарядов в ней. Реже встречается тип молнии «из тучи в тучу», когда разряд из отрицательно заряженной области тучи переходит в положительно заряженную область соседней тучи. Тип молнии, наименее заметный наблюдателю с земли и наименее изученный: молния, ударяющая «из тучи в воздух». При таком типе молнии заряд проходит между вершиной тучи и нижним слоем атмосферы.

Схематическое изображение маршрутов, которыми может пройти вспышка молнии между областями отрицательного и положительного зарядов.

Съемка вспышек ударяющей в землю молнии, сделанная на высокой скорости, показывает, что заряд, двигаясь, проходит несколько четко различимых этапов. Зазубренная, разветвленная молния — «смещающийся носитель» отрицательного электрического заряда — спускается из тучи, но, прежде чем одно из ее разветвлений достигнет земли, навстречу нему поднимается движущийся вверх столб положительного заряда. Когда эти заряды встречаются, образуется цепь, и канал освещается снизу доверху: электричество устремляется вниз, перераспределяя заряд. Это и есть сама вспышка, называется она «обратная молния». Мигающую вспышку мы видим, когда заряды из одной области тучи переходят вниз по тому же каналу сразу за первой вспышкой, вызывая обратные молнии одну за другой.

Все это основные сведения, однако, когда речь заходит о кучево-дождевом облаке, дело становится не таким уж ясным. К примеру, что вынуждает молнию ударять именно сейчас и именно в этом месте? И что такое шаровые молнии, которые, согласно наблюдениям, бывают размером с грейпфрут и проплывают во время грозы низко над землей в течение нескольких секунд? Вот слова Мартина Юмана, главы Международного центра исследования и апробирования молний, Университет Флориды, являющегося экспертом мирового уровня по данному предмету: «Мы знаем о молнии ужасно мало».

***

За последние два десятилетия выяснилось, что молнии, эти представители таинственного семейства электрических явлений, иногда образуются высоко над крупными грозовыми тучами. Как это часто бывает в науке, обнаружили это совершенно случайно. В 1989 году Джон Р. Уинклер, профессор Университета Миннесоты, испытывал мощную светочувствительную видеокамеру, предназначенную для съемки запуска ракет. При просмотре пленки Уинклер заметил гигантский столб света, поднимающийся над ураганом около американо-канадской границы. Уинклер показал снимок коллеге, Уолту Лайонсу, который занимался разработкой системы распознавания молний; оба ученых решили, что изображение на снимке не может быть следствием неполадок в съемочной аппаратуре. Оказалось, это еще никем не зарегистрированный электрический разряд.