Одно из самых красивых и удивительных явлений природы – так называемые огни святого Эльма, которые порой можно наблюдать на вершинах заостренных предметов.
Верхние ветви деревьев, шпили башен, на море – верхушки мачт и другие подобные места иногда озаряются мерцающим голубоватым сиянием. Выглядеть оно может по-разному: как ровное мерцающее свечение в виде короны или ореола, как танцующие язычки пламени, как рассыпающий искры фейерверк.
Почему огни святого Эльма так называются?
В средневековой Европе танцующие огоньки связывали с образом католического святого Эльма (Эразма), покровительствовавшего морякам. Легенда гласит, что святой умер во время шторма на палубе корабля. Перед смертью он пообещал, что и с того света будет молиться за моряков и подавать знаки об их грядущей судьбе, и этими знаками станут танцующие волшебные огоньки.
Святой сдержал слово: с тех пор огни, возникшие на мачтах корабля во время шторма, предсказывали скорое окончание непогоды и служили добрым знаком для мореплавателей. Но если огонь спускался с мачты на палубу или сиял над человеком – это считалось предупреждением о грядущем несчастье или даже смерти.
Чаще всего огни святого Эльма можно увидеть в горных местностях, иногда встречается оно в степной зоне или на море. В наших широтах блуждающие огоньки появляются крайне редко – это связано с физической природой феномена, для появления которого требуются особые обстоятельства.
Как образуются огни святого Эльма?
Гипотеза о том, что огни святого Эльма связаны с , появилась еще в восемнадцатом столетии: ее высказал знаменитый исследователь Бенджамин Франклин, который одним из первых начал ставить опыты для изучения электрических разрядов. Однако полностью описать физическую природу явления ученые смогли только в двадцатом веке.
Появление свечения связано с наличием в воздухе большого количества ионизированных частиц. Обычно их присутствие в воздушной массе крайне незначительно, однако во время грозы их число резко возрастает – до такой степени, что они могут генерировать довольно сильное электромагнитное поле.
Столкновение иона с обычной молекулой газа приводит к появлению заряда и у той частицы, которая до этого была нейтральной. Напряжение поля стремительно растет, и процесс ионизации в этом случае напоминает сход снежной лавины. Это явление названо ударной ионизацией и подробно описано Н.Теслой.
На определенном этапе столкновения частиц приводят к образованию свечения в местах, где поле имеет особенно высокую напряженность.
Как правило, это происходит вокруг острых выступающих предметов, которыми чаще всего оказываются мачты кораблей, шпили башен или верхушки высоких деревьев. Эти места служат своеобразными громоотводами, по которым атмосферное электричество «стекает» в землю, сопровождая процесс характерным потрескиванием и запахом озона.
Летчики видят огни святого Эльма наиболее часто: они образуются на концах крыльев или лопастях пропеллеров, если самолету приходится пересекать фронт грозовых туч. Электрические разряды достигают нередко такой силы, что создают помехи для радиосвязи.
До сих пор возможны случаи гибели самолетов из-за потери управляемости, хотя сегодня каждый летательный аппарат обязательно оборудуется устройствами для нейтрализации атмосферных разрядов.
Почему огни святого Эльма нельзя увидеть у нас?
В нашей стране огни святого Эльма являются крайне редким явлением, для него даже не придумано собственного названия, поэтому мы пользуемся европейским.
Дело в том, что для образования свечения ионизированная воздушная масса должна спуститься достаточно низко, а у нас минимальная высота грозовой тучи составляет не меньше полукилометра.
В горных местностях Альп или Пиренеев эта высота существенно сокращается. Ураганные ветры, бушующие над гладью моря, тоже могут опустить ионизированный воздух достаточно низко, чтобы вызвать свечение корабельных мачт.
Появление разрядов атмосферного электричества способно вывести из строя электронику: мобильные телефоны, компьютеры и другую аппаратуру. Поэтому не стоит сожалеть об отсутствии огней святого Эльма – хотя они очень красивы, обычным людям созерцание этой красоты может обойтись довольно дорого.
Древнеримский философ Сенека, подразделяя огонь на два вида — земной и небесный, утверждал, что во время грозы «звезды как бы нисходят с неба и садятся на мачты кораблей». Но главное отличие небесного огня от земного состоит в том, что он не жжет, не воспламеняет предметы и его нельзя погасить водой.
Когорты римских легионеров, устраивая ночной бивак, втыкали в землю свои копья, окружая лагерь своеобразным забором. Когда погода предвещала ночную грозу, часто на остриях копий зажигались синие кисточки «небесного огня». Это был хороший знак от небес: с античных времен такое свечение называлось огнями Диоскуров, которые считались небесными покровителями воинов и мореходов.
Спустя 2000 лет, в более просвещенные XVII- XVIII века это явление приспособили для предупреждения о грозе. Во многих европейских замках на возвышении устанавливалось копье. Поскольку огонь Диоскуров днем не виден, стражник регулярно подносил к острию копья алебарду: если между ними проскакивали искры, следовало тут же звонить в колокол, предупреждая о близкой грозе. Естественно, в это время явление уже не называлось языческим именем, а поскольку чаще всего такое свечение возникало на шпилях и крестах церквей, то появилось множество местных названий: огни святых Николая, Клавдии, Елены и, наконец, святого Эльма.
В зависимости от того, на чем возникает «небесный огонь», он может принимать разные формы: равномерного свечения, отдельных мерцающих огоньков, кисточек или факелов. Иногда он настолько напоминает земное пламя, что его пытались тушить. Бывали и другие курьезы.
В 1695 году в Средиземном море гроза застала парусное судно. Опасаясь бури, капитан приказал спустить паруса. И тут же на разных частях рангоута корабля появилось свыше 30 огней святого Эльма. На флюгере грот-мачты огонь достигал полуметра в высоту. Капитан, по-видимому, принявший до этого пинту рома, послал матроса на мачту снять огонь. Поднявшись наверх, тот крикнул, что огонь шипит, как рассерженный кот, и сниматься не хочет. Тогда капитан приказал снять его вместе с флюгером. Но как только матрос коснулся флюгера, огонь перескочил на конец мачты, откуда снять его было невозможно.
Чуть раньше, 11 июня 1686 года, «святой Эльм» снизошел на французский военный корабль. Находившийся на его борту аббат Шаузи оставил потомкам личные впечатления от встречи с ним. «Дул страшный ветер, — писал аббат, — лил дождь, сверкали молнии, все море было в огне. Вдруг я увидел на всех наших мачтах огни святого Эльма, которые спускались на палубу. Они были величиной с кулак, ярко светились, прыгали и вовсе не обжигали. Все ощутили запах серы. Блуждающие огни чувствовали себя на корабле как дома. Это продолжалось до рассвета».
30 декабря 1902 года пароход «Моравия» находился вблизи островов Зеленого мыса. Капитан Симпсон, заступив на вахту, собственноручно сделал запись в судовом журнале: «В течение целого часа в небе полыхали молнии. Стальные канаты, верхушки мачт, ноки рей и грузовых стрел, — все светилось. Казалось, на всех штагах через каждые четыре фута повесили зажженные фонари. Свечение сопровождалось странным шумом: словно мириады цикад поселились в оснастке или с треском горел валежник и сухая трава».
Возникают огни святого Эльма и на воздушных судах. Штурман А. Г. Зайцев оставил о своем наблюдении следующую запись: «Это было летом 1952 года над Украиной. Мы со снижением проходили грозовую облачность. За бортом потемнело, как будто наступили сумерки. Вдруг мы увидели, как по передней кромке крыла заплясали светло-синие языки пламени высотой сантиметров двадцать. Их было так много, что крыло, казалось, горело по всему ребру. Минуты через три огни исчезли так же неожиданно, как и появились».
Наблюдают «небесный огонь» и специалисты, которым это положено по роду работы. В июне 1975 года сотрудники Астраханской гидрометеорологической обсерватории возвращались с работы на севере Каспия. «В полной темноте мы выбрались из зарослей тростника и пошли по мелководью к моторной лодке, оставленной в двух километрах от берега, — записал позже кандидат геолого-минералогических наук Н. Д. Герштанский. — Где-то на севере вспыхивали зарницы. Неожиданно волосы у всех нас засветились фосфоресцирующим светом. Язычки холодного пламени появились и возле пальцев поднятых рук. Когда мы подняли мерный шест, его вершина осветилась так ярко, что можно было прочесть бирку завода-изготовителя. Все это продолжалось минут десять. Интересно, что ниже метра над поверхностью воды свечение не возникало».
Но огни святого Эльма появляются не только перед грозой. Летом 1958 года сотрудники Института географии проводили метеоизмерения по программе Международного геофизического года на леднике в Заилийском Алатау на высоте 4000 метров. 23 июня началась метель, похолодало. В ночь на 26 июня метеорологи, выйдя из домика, увидели удивительную картину: на метеоприборах, антеннах, сосульках на крыше домика появились голубые языки холодного пламени. Появилось оно и на пальцах поднятых рук. На осадкомере высота пламени достигала 10 сантиметров. Одна из сотрудниц решила дотронуться карандашом до пламени на крючке градиентной штанги. В то же мгновение в штангу ударила молния. Людей ослепило и сбило с ног. Когда они поднялись, огонь исчез, но через четверть часа возник на прежних местах.
На юге Тверской области находится курган Родня. Вершина его поросла хвойным лесом, и туда местные жители стараются не заходить, поскольку курган пользуется недоброй славой. Летом 1991 года группа туристов, расположившаяся неподалеку на ночевку, наблюдала странное явление: в предгрозовую погоду над деревьями на вершине кургана стали один за другим зажигаться голубые огоньки. Когда на следующий день туристы поднялись на холм, то случайно обнаружили, что некоторые деревья снабжены «молниеотводами» в виде обвивающейся вокруг стволов медной проволоки. По-видимому, нашлись шутники, пожелавшие как-то использовать дурную славу холма.
Природа огней святого Эльма несомненно связана с электрическими процессами в атмосфере. В хорошую погоду напряженность электрического поля у земли составляет 100-120 В/м, то есть между пальцами поднятой руки и землей она будет достигать примерно 220 вольт. К сожалению, при весьма мизерном токе. Перед грозой эта напряженность поля возрастает до нескольких тысяч В/м, а этого уже достаточно для возникновения коронного разряда. Тот же эффект может наблюдаться в снежных и песчаных бурях и вулканических облаках.
Текст Сергея Борисова, журнальный вариант
Огни Святого Эльма
Saint Elmo " s light s
Еще римский философ Сенека говорил, что порой «звезды словно нисходят с небес и садятся на мачты кораблей».
Древние греки называли их огнями братьев-близнецов Диоскуров - Кастора и Полидевка, покровителей моряков, а зажигала огни их сестра - прекрасная Елена. Позднее, в трудах Тита Ливия, отмечалось: когда флот Лисандра выходил в море, чтобы сразиться с афинянами, на мачтах галеры полководца вспыхнули огни, и все воины восприняли это как доброе предзнаменование.
Много позже огни Диоскуров стали именовать огнями святого Эльма, потому что они часто появлялись на шпилях собора святого Эльма в Италии. Но как бы они ни назывались, эти огни всегда были символом надежды, их появление означало, что самое страшное уже позади.
Во время плавания Христофора Колумба в Америку разразилась буря. Что было дальше, гласит предание: «Измученные тяжелой работой, напуганные молниями и свирепым океаном матросы начали роптать. Во всех своих бедах они винили Колумба, затеявшего это безумное плавание, которому нет и не будет конца. Тогда Колумб приказал всем подняться на палубу и посмотреть на мачты. На их концах светились огоньки. И возрадовались матросы, ибо поняли, что святой Эльм милостив к ним, и плавание закончится благополучно, и все останутся живы».
Огни святого Эльма как добрый знак восприняли и спутники Магеллана. Летописец первого кругосветного плавания, рыцарь Пифагетта, оставил в своем дневнике такую запись: «Во время ненастья мы часто видели свечение, которое называют огнями святого Эльма. Как-то ночью оно явилось нам подобием доброго светоча. Огни оставались на верхушке грот-мачты в течение двух часов. В разгар свирепой бури это было для нас большим утешением. Перед тем, как исчезнуть, свечение вспыхнуло так ярко, что мы были восхищены и ошеломлены. Кто-то в неверии своем воскликнул, что сейчас мы погибнем, но в то же мгновение ветер стих».
В 1622 году тысячи «святых огней» усыпали мальтийские галеры, возвращавшиеся на родной остров, а 64 года спустя «святой огонь» буквально взял в плен французский корабль, направлявшийся к Мадагаскару. Находившийся на его борту аббат Шаузи записал: «Дул страшный ветер, лил дождь, сверкали молнии, все волны морские были в пламени. Вдруг я увидел огни святого Эльма на мачтах нашего корабля. Они были величиной с кулак и прыгали по реям, а некоторые спустились на палубу. Они сверкали и не обжигали, поскольку святость их не позволяла им творить зло. Они вели себя на корабле, как дома. Они веселились сами и веселили нас. И продолжалось это до рассвета».
И еще свидетельство - капитана парохода «Моравиа» А. Симпсона, относящееся к «случаю, имевшему место у островов Зеленого мыса» 30 декабря 1902 года: «В течение часа в небе полыхали молнии. Канаты, топы мачт и ноки рей - все светилось. Казалось, на всех штагах через четыре фута повесили зажженные фонари».
Как правило, огни святого Эльма представляют собой светящиеся шары, реже они напоминают пучки или кисточки, еще реже факелы. Но как бы эти огни ни выглядели, они не имеют ничего общего… с огнем.
Это - электрические разряды, возникающие при большой напряженности электрического поля в атмосфере, что чаще всего бывает во время грозы. Обычные молнии сопровождаются оглушительным громом, ведь молния - это сильный и быстрый электрический разряд. Однако при определенных условиях происходит не разряд, а истечение зарядов. Это тот же разряд, но только «тихий», его еще называют коронным, то есть венчающим какой-либо предмет подобно короне. При таком разряде из различных острых выступов - тех же корабельных мачт, - начинают выскакивать одна за другой электрические искры. Если искр много и процесс длится более или менее продолжительно, возникает сияние.
В общем, если ваша яхта вдруг засияет, как новогодняя елка, не хватайтесь за огнетушитель. Вам повезло - это огни святого Эльма, которые всегда приносят удачу морякам. Единственная неприятность, которая вам грозит, это радиопомехи. Но это можно пережить, зрелище стоит того!
Шаровая молния
Ball - lightning
Никто не знает, что это такое - шаровая молния. Величайшие умы человечества бились над разгадкой, пытаясь создать физическую теорию возникновения и протекания этого явления, однако вынуждены были ограничиться гипотезами, которые в устах простого человека звучат так: «Возможно… нельзя исключить… если предположить…» Таких гипотез на сегодняшний день более двухсот, и есть среди них совершенно экзотические, типа: «посланцы из параллельного мира» и «сублимированное единение квазичастиц». И это при том, что давно известно, из чего шаровая молния состоит: азот, кислород, озон, пары воды и т. д. Возможно, шаровая молния - это сгусток сверхкалорийного топлива с энергией до 1 млн. Дж и мощностью взрыва равного взрыву нескольких десятков килограммов тротила. При этом небольшая плотность шаровой молнии позволяет ей парить в воздухе, а собственный источник энергии — перемещаться с весьма приличной скоростью.
Но это все теории, практика же свидетельствует - шаровые молнии опасны и для людей, и для кораблей, ведь часто они возникают над водной поверхностью.
Вот, что случилось в 1726 году с шлюпом «Кэтрин и Мэри», согласно отчету его капитана Джона Хоуэлла: «Мы были у берегов Флориды. Внезапно в воздухе появился огненный шар, который ударился о нашу мачту и разнес ее на 1000 кусков. Потом он убил одного человека, ранил другого и попытался сжечь наши паруса, но ему помешал ливень».
В 1749 году шаровая молния атаковала «Монтего», корабль английского адмирала Чемберса. Доктор Грегори, находившийся на судне, свидетельствует: «Около полудня мы заметили большой огненный шар милях в трех от корабля. Адмирал приказал сменить курс, но шар догнал нас. Он летел в сорока-пятидесяти ярдах над морем. Оказавшись над судном, он с грохотом взорвался. Верхушка грот-мачты была снесена. Пятерых человек на палубе сбило с ног. Шар оставил после себя сильный запах серы. Господь уберег нас от дьявола».
В 1809 году английский военный корабль «Уоррен Гастингс» атаковали сразу три шаровые молнии. Вот строки из отчета о происшедшем: «Один из шаров спикировал и убил матроса. Его товарища, который бросился к нему на помощь, сбил с ног второй шар, опалив пламенем и оставив сильные ожоги. Третий шар убил еще одного человека».
Наконец, случай из нашего времени. В 1984 году шаровая молния едва не отправила на дно озера Эри яхту Уилфреда Дерри, жителя Чикаго. Она появилась после дождя, словно бы из ниоткуда. Заметили ее слишком поздно, а когда Уилфред попытался запустить двигатель, то не смог этого сделать, поскольку микроволновые излучения нарушили работу электросистемы. Минуту или две молния висела над судном, потом чуть опустилась… и взорвалась. Контуженный Дерри упал на палубу. Взрыв повредил его барабанные перепонки, а вспышка «в тысячу солнц» лишила зрения. Также Дерри получил термические ожоги. По счастью, он был не один на борту, в каюте спала его жена. Она и привела яхту, чей мотор вдруг волшебным образом «ожил», к берегу. Слух и зрение вернулись к пострадавшему от шаровой молнии только через несколько недель.
Надо заметить, что Уилфреду Дерри еще повезло - и что касается здоровья, и касательно его собственности. Его судно могло вспыхнуть, как свечка! Но молния взорвалась над яхтой, а не при соприкосновении с ней. Вещество шаровой молнии обладает свойством, во-первых, рассыпаться на тысячи маленьких огненных шариков, а во-вторых, как бы прилипать к поверхности. Тогда загорается дерево, из-за резкого перепада температур трескается стекло и коробится пластик. Наконец, молния могла прожечь борт или стекло иллюминатора, и взорваться в каюте. Короче, могло быть хуже.
Наблюдения показывают, что шаровые молнии обычно движутся навстречу загрязненному воздуху, например, дыму из трубы или от костра. Привлекают их и отработанные газы, что объясняет, почему шаровые молнии иногда преследуют суда.
Впрочем, парусные яхты тоже не могут чувствовать себя в безопасности, особенно идущие с приличной скоростью. За быстро движущимся судном образуется область пониженного давления в более теплом воздухе, а это для шаровой молнии, как «путеводная нить».
Так что же делать при встрече с шаровой молнией? Прежде всего надо постараться избежать лобового столкновения, а дальше - у вас есть выбор. Вариант №1. Вы глушите двигатель (если он работал), укрываетесь в каюте, закрыв дверь и задраив иллюминаторы, и ждете, когда незваная гостья отстанет от вас, ведь срок ее жизни недолог. Вариант №2. Если вы уверены в скоростных возможностях вашей лодки, вы пускаетесь наутек; запасов энергии шаровой молнии хватит минуты на две-три преследования, после чего она или взорвется у вас за кормой, или, израсходовав свои энергетические ресурсы, поднимется вверх и… исчезнет. Что и требуется.…
Огни святого Эльма и шаровая молния - явления со знаком «+» и знаком «-». Не бойтесь первого и опасайтесь второго. Мы вас предупредили, а кто предупрежден, тот защищен.
В самое «темечко»
Удар молнии в мачту может вывести судно из строя. Особую опасность в этом случае представляют незаземленные мачты, проходящие до киля — разряд молнии проходит через мачту почти без сопротивления и пробивает киль и обшивку.
Громоотвод на мачте, один конец которого соприкасается с водой, может считаться надежной защитой в том случае, если под водой имеется достаточно большая переходная площадь с сопротивлением в пределах 0,5 — 1 ом. При малой переходной площади в воде образуется «воронка напряжения» — гигантский перепад потенциалов между концом провода и водой. Эта разность может привести к тому, что яхта попадет под второй удар, который последует из воды и окажется сильнее первого, вследствие эффекта так называемого «каскадного наложения». Поэтому к килю необходимо прикреплять металлические пластины из нержавеющей стали, латуни, бронзы или меди. В общем, чем больше на судне металлических частей, обеспечивающих переход заряда из атмосферы в воду, тем лучше. Правда, обилие металла нередко отрицательно сказывается на радиосвязи, провоцируя помехи.
Монтируют громоотвод таким образом, чтобы он приблизительно на 10 см возвышался над клотиком мачты. В качестве собственно громоотвода обычно используется изолированный медный кабель сечением 35 мм2 или алюминиевый сечением 50 мм2. Внутри мачты или закрепленный вдоль нее, громоотвод спускается к палубе, проходит сквозь нее, уходит под пайолы и закрепляется на килевых болтах. Отрицательный полюс аккумулятора и антенна заземляются главным проводом; баллер руля, топливные баки, двигатель — боковыми отводами.
Следует иметь в виду, что даже при хорошей грозозащите молния может причинить неприятность. Например, девиационная таблица компаса требует коррекции после удара молнии, так как меняется магнетизм судна.
Корабль русского мореплавателя Алексея Ильича Чирикова поздней осенью плыл по северным водам Тихого океана. Моряки возвращались домой после замечательного плавания - они открыли берега Аляски.
Обратный путь был очень тяжел. Наступила осень с частыми бурями и штормами. Корабли в те времена, примерно двести лет назад, были парусные, хрупкие - не то что нынешние громадины, океанские теплоходы, - и ветры носили парусники по волнам, бросали, крутили как хотели!
И вот разыгралась такая буря, какой не запомнили даже бывалые, старые моряки. Гибель казалась неизбежной. Силы моряков истощились, они уже не в состоянии были сопротивляться бешеному напору разбушевавшейся стихии.
И вдруг на мачтах вспыхнули длинные языки пламени! Увидев их, измученные люди упали на колени, благодаря судьбу за счастливое избавление от смерти. Потому что эти огни - добрые вестники, и они означали, что непогода стихает!
Моряки всех стран и всех времен видали эти языки пламени на мачтах. О них вспоминают мореплаватели Древней Греции, о них говорят моряки Христофора Колумба, открывшего Америку, и спутники знаменитого Фернанда Магеллана, которые совершили первое кругосветное плавание и доказали, что Земля наша - шар.
«Перед тем как исчезнуть, - рассказывает один из товарищей Магеллана, - свечение вспыхнуло так ярко, что мы, можно сказать, были ослеплены. Мы подумали, что теперь погибнем, но ветер стих в то же самое мгновение».
Случалось, огоньки вспыхивали на всех мачтах, потом скатывались.вниз, бегали по палубе, прыгали, скакали, при этом хотя и устраивали отчаянный беспорядок, но никого не обижали. Они просто вели себя на корабле, как расшалившиеся дети.
Эти огни - тоже разряды атмосферного электричества, но только тихие, безобидные. Они и в самом деле предвещали конец бури, так что моряки недаром радовались их появлению.
Загораются огоньки не только в море, но и на суше, во время бурь и снежных метелей. Вспыхивают они всегда на высоких предметах - на шпилях зданий, на верхушках деревьев. Их называют огнями святого Эльма. Это название пошло из средневековой Италии, где огоньки часто вспыхивали на высоких шпилях церкви святого Эльма, покровителя моряков.
Большой отряд воинов Древнего Рима находился в ночном походе. Надвигалась гроза. И вдруг над отрядом показались сотни голубоватых огоньков. Это засветились острия копий воинов. Казалось, железные копья солдат горят не сгорая!
Природы удивительного явления в те времена никто не знал, и солдаты решили, что такое сияние на копьях предвещает им победу. Тогда это явление называли огнями Кастора и Поллукса - по имени мифологических героев-близнецов. А позднее переименовали в огни Эльма - по названию церкви святого Эльма в Италии, где они появлялись.
Особенно часто такие огни наблюдали на мачтах кораблей. Римский философ и писатель Луций Сенека говорил, что во время грозы «звезды как бы нисходят с неба и садятся на мачты кораблей». Среди многочисленных рассказов об этом интересно свидетельство капитана одного английского парусника.
Случилось это в 1695 году, в Средиземном море, у Балеарских островов, во время грозы. Опасаясь бури, капитан приказал спустить паруса. И тут моряки увидели в разных местах корабля больше тридцати огней Эльма. На флюгере большой мачты огонь достиг более полуметра в высоту. Капитан послал матроса с приказом снять его. Поднявшись наверх, тот крикнул, что огонь шипит, как ракета из сырого пороха. Ему приказали снять его вместе с флюгером и принести вниз. Но как только матрос снял флюгер, огонь перескочил на конец мачты, откуда снять его было невозможно.
Еще более впечатляющую картину увидели в 1902 году моряки парохода «Моравия». Находясь у островов Зеленого Мыса, капитан Симпсон записал в судовом журнале: «Целый час в море полыхали молнии. Стальные канаты, верхушки мачт, нокреи, ноки грузовых стрел - все светилось. Казалось, что на шканцах через каждые четыре фута повесили зажженные лампы, а на концах мачт и нокрей засветили яркие огни». Свечение сопровождалось необычным шумом:
«Словно мириады цикад поселились в оснастке или с треском горел валежник и сухая трава...»
Огни святого Эльма разнообразны. Бывают они в виде равномерного свечения, в виде отдельных мерцающих огоньков, факелов. Иногда они настолько похожи на языки пламени, что их бросаются тушить.
Американский метеоролог Хэмфри, наблюдавший огни Эльма на своем ранчо, свидетельствует: это явление природы, «превращая каждого быка в чудище с огненными рогами, производит впечатление чего-то сверхъестественного». Это говорит человек, который по самому своему положению не способен, казалось бы, удивляться подобным вещам, а должен принимать их без лишних эмоций, опираясь только на здравый смысл.
Можно смело утверждать, что и ныне, несмотря на господство, - далеко, правда, не повсеместное, - естественнонаучного мировоззрения, найдутся люди, которые, окажись они в положении Хэмфри, увидели бы в огненных бычьих рогах нечто неподвластное разуму. О средневековье и говорить нечего: тогда в тех же рогах усмотрели бы, скорее всего, происки сатаны.
Коронный разряд, электрическая корона , разновидность тлеющего разряда, который возникает при резко выраженной неоднородности электрического поля вблизи одного или обоих электродов. Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности (острия, тонкие провода). При Коронном разряде эти электроды окружены характерным свечением, также получившим название короны, или коронирующего слоя.
Примыкающая к короне несветящаяся («тёмная») область межэлектродного пространства называется внешней зоной. Корона часто появляется на высоких остроконечных предметах (святого Эльма огни), вокруг проводов линий электропередач и т. д Коронный разряд может иметь место при различных давлениях газа в разрядном промежутке, но наиболее отчётливо он проявляется при давлениях не ниже атмосферного.
Появление коронного разряда объясняется ионной лавиной. В газе всегда есть некоторое число ионов и электронов, возникающих от случайных причин. Однако, число их настолько мало, что газ практически не проводит электричества.
При достаточно большой напряженности поля кинетическая энергия, накопленная ионом в промежутке между двумя соударениями, может сделаться достаточной, чтобы ионизировать нейтральную молекулу при соударении. 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 расщепляет 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 увеличивает число зарядов в газе, причем в свою очередь они 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 этот процесс был назван ионной лавиной.
Натянем на двух высоких изолирующих подставках металлическую проволоку ab, 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, которые, конечно, сообщаются 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 переносится ионами, образованными в комнате благодаря ударной ионизации.
Таким образом, свечение воздуха и появление тока указывает 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.
Применение коронного разряда
Электрическая очистка газов (электрофильтры). Сосуд, наполненный дымом, внезапно делается совершенно прозрачным, если внести в него острые металлические электроды, соединенные с электрической машиной, а все твердые и жидкие частицы будут осаждаться на электродах. Объяснение опыта заключается в следующем: как только и 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.
Счетчики элементарных частиц
Счетчик элементарных частиц Гейгера - Мюллера состоит из небольшого металлического цилиндра, снабженного окошком, закрытым фольгой, и тонкой металлической проволоки, натянутой по оси цилиндра и изолированной от него. Счетчик включают в цепь, содержащую источник тока, напряжение которого равно нескольким тысячам вольт. Напряжение выбирают необходимым для появления коронного разряда внутри счетчика.
При попадании в счетчик быстро движущегося электрона последний ионизирует молекулы газа внутри счетчика, отчего напряжение, необходимое для зажигания короны, несколько понижается. В счетчике возникает разряд, а в цепи появляется слабый кратковременный ток. Чтобы обнаружить его, в цепь вводят очень большое сопротивление (несколько мегаом) и подключают параллельно с ним чувствительный электрометр. При каждом попадании быстрого электрона внутрь счетчика листка электрометра будут откланяться.
Подобные счетчики позволяют регистрировать не только быстрые электроны, но и вообще любые заряженные, быстро движущиеся частицы, способные производить ионизацию путем соударений. Современные счетчики легко обнаруживают попадание в них даже одной частицы и позволяют поэтому с полной достоверностью и очень большой наглядностью убедиться, что в природе действительно существуют элементарные заряженные частицы.
Громоотвод
Подсчитано, что в атмосфере всего земного шара происходит одновременно около 1800 гроз, которые дают в среднем около 100 молний в секунду. И хотя вероятность поражения молнией какого-либо отдельного человека ничтожно мала, тем не менее молнии причиняют немало вреда. Достаточно указать, что в настоящее время около половины всех аварий в крупных линиях электропередачи вызывается молниями. Поэтому, защита от молнии представляет собой важную задачу.
Ломоносов и Франклин не только объяснили электрическую природу молнии, но и указали, как можно построить громоотвод, защищающий от удара молнии. Громоотвод представляет собой длинную проволоку, верхний конец которой заостряется и укрепляется выше самой высокой точки защищаемого здания. Нижний конец проволоки соединяют с металлическим листом, а лист закапывают в Землю на уровне почвенных вод.
Во время грозы на Земле появляются большие индуцированные заряды и у поверхности Земли появляется большое электрическое поле. Напряженность его очень велика около острых проводников, и поэтому на конце громоотвода зажигается коронный разряд. Вследствие этого индуцированные заряды не могут накапливаться на здании и молнии не происходит. В тех же случаях, когда молния все же возникает (а такие случаи очень редки), она ударяет в громоотвод и заряды уходят в Землю, не причиняя вреда зданию.
В некоторых случаях коронный разряд с громоотвода бывает настолько сильным, что у острия возникает явно видимое свечение. Такое свечение иногда появляется и возле других заостренных предметов, например, на концах корабельных мачт, острых верхушек деревьев, и т.д. Это явление было замечено еще несколько веков тому назад и вызывало суеверный ужас мореплавателей, не понимавших истинной его сущности.