Глава 4 · Грозовое облако, вспышка и гром
В грозу
Представьте, что вы смотрите на грозу
Представьте, что вы смотрите на грозу из окна. Внутри высокого облака сильные ветры подбрасывают вверх и вниз кристаллы льда и мягкий град, и они снова и снова сталкиваются. Учёные считают, что при каждом столкновении крошечный электрический заряд переходит от одного кусочка к другому. Лёгкие кристаллы уносят положительный заряд к верхушке облака, а более тяжёлые собирают отрицательный внизу. Облако превращается в огромную батарею. Земля под ним по контрасту становится положительной, а воздух между ними сдерживает напряжение, пока может.
Лидер и обратный удар
Сначала слабый канал, который называют ступенчатым лидером, зигзагами спускается из облака скачками по десятки метров. Когда он приближается к земле, ему навстречу поднимается искра, и цепь замыкается. Тогда яркая вспышка бежит назад вверх по каналу, это обратный удар, со скоростью примерно в треть скорости света. Ток достигает десятков тысяч ампер, а канал шириной всего в несколько сантиметров нагревается примерно до 30 000 кельвинов. Поверхность Солнца имеет около 5 800 кельвинов, так что молния примерно в пять раз горячее, но лишь несколько миллионных долей секунды.
Гром и секундомер
Воздух в канале нагревается так быстро, что взрывообразно расширяется, и ударная волна расходится как звук. Это и есть гром. Он грохочет потому, что канал длинный, и звук от его разных частей доходит до вас в разное время. Вспышка доходит сразу, а звук проходит всего около 343 метров в секунду при 20 градусах Цельсия. Сосчитайте секунды между вспышкой и первым раскатом и разделите на 3: получится расстояние в километрах. Разберём пример: 9 секунд дают около 3 километров.
Тёплый воздух, быстрый звук
Скорость звука зависит от температуры воздуха: v = 331,3 × √(1 + T / 273,15), где T в градусах Цельсия. При 0 градусов она равна 331 метру в секунду, при 20 градусах — 343, а при 30 градусах — около 349. Поэтому в жаркую летнюю грозу гром доходит чуть быстрее, чем в холодном воздухе, хотя правило «три секунды на километр» хорошо работает в обоих случаях. Воспользуйтесь вторым ползунком в песочнице, чтобы менять температуру и смотреть, как меняется скорость звука.
Если гремит гром
Молния может ударить за много километров от дождя, даже там, где небо над вами ещё кажется ясным. Поэтому метеослужбы дают одно простое правило: если вы слышите гром, вы достаточно близко, чтобы в вас попала молния. Идите в капитальное здание или в машину с жёсткой крышей и закрытыми окнами и держитесь подальше от воды. Не прячьтесь под одиноким деревом и не стойте в открытом поле. После последнего раската подождите около 30 минут, прежде чем выходить.
Планета, которая вспыхивает
Спутники NASA следят за всей планетой и считают молнии из космоса. Они находят около 40–50 вспышек каждую секунду, а это примерно 1,4 миллиарда вспышек в год. Большинство из них происходит над сушей в тропиках, где солнце греет землю и растит самые высокие грозовые облака. Многие вспышки остаются внутри облака или перескакивают с одного облака на другое, и лишь часть достигает земли. Каждая из них — маленькая природная электростанция, которая работает долю секунды.
В цифрах
- ≈ 30 000 K
- температура канала молнии
- ÷ 3
- секунды между вспышкой и громом дают километры
- ≈ 1,4 млрд
- вспышек молний на Земле каждый год