Техника - молодёжи 1966-05, страница 43

МЕТЕОРИТНАЯ

ТЕОРИЯ ГРОЗЫ

С. ЧЕРВИНСКИЙ, инженер

Водном из курсов физики сказано, что существует около двухсот теорий грозы. Однако целый ряд спорных вопросов остается неразрешенным и по сей день, хотя фязика изучает грозы уже давно — два с половиной столетия. Солидный срок для науки!

Что же происходит в атмосфере, почему ее прорезывают иногда эти страшные электрические разряды?

Как известно, на Землю падает множество метеоритов. Значительное большинство ях сгорает в верхних слоях атмосферы, но некоторые, наиболее значительные, достигают поверхности планеты. До сих пор считалось, что они лишь увеличивают массу Земли. Кстати, это увеличение отнюдь не такое мизерное — около 10 тыс. т в год. Но, кроме того, именно метеориты, по нашему мнению, являются причиной грозовых разрядов. И не только разрядов.

Воздух при нормальном давлении не проводник электричества. Но ионосфера — проводник. Поверхность Земли тоже проводник. Поэтому ионосфера, тропосфера. Земля — это конденсатор колоссальной емкости, И он всегда заряжен. Доказательством тому служит «атмосферический градиент». Электрический потенциал атмосферы увеличивается с высотой. Принято считать, что это увеличение в среднем равно одному вольту на сантиметр высоты. Можно принять потенциал Земли равным нулю. Значит, потенциал ионосферы выражается в миллионах вольт, и ои положительный. Но это средняя величина. Замечено, что если на небе есть циру-сы (продолговатые легкие облака), то атмосферяческий

I

КОММЕНТИРУЕТ

кандидат физико-математических наук Ю. В. МАКАРОВ

Из двухсот теорий грозы, о которых говорит С. Чер-винский, пожалуй, самая употребительная и принятая современной физикой развита видным советским ученым Френкелем. Согласно этой теории ионизация низких слоев атмосферы — тропосферы, где и образуются грозовые облака, происходит в основном за счет двух причин. В о-п е р в ых, из глубины вселенной попадают в тропосферу заряженные частицы космических лучей. Кроме того, вносят свою лепту и радиоактивные излучатели, находящиеся в недрах Земли.

По предположению Френкеля, крупные капельки воды обычно заряжены отрицательно, а мелкие — положительно. В облаке имеются восходящие токи воздуха. Естественно, что мелкие капли расположатся в его верхней части, а крупные останутся в нижней. Облако станет поляризованным — своего рода конденсатором.

Под действием электрического поля этого конденсатора начнут заряжаться крупные, доселе незаряженные, электрически нейтральные капельки воды. Положительные заряды в капле смещаются — отрицательные вверх, а положительные вниз. Крупные капли, как известно, падают быстрее мелких. При своем падении крупная капля встретит на своем пути больше

градиент испытывает сильное колебание. Перед грозой потенциал ионосферы, очевидно, выше среднего.

Откуда же берутся заряды в ионосфере?

В космосе солнечные лучи обладают гораздо большей силой, чем на Земле. И именно солнечные лучи выбивают электроны из метеоритов. В результате этого фотоэффекта происходит следующее.

Выбитые электроны образовали радиационные пояса, а метеориты, сгорая в ионосфере, заряжают ее положительно. Итак, причина ионизации верхних слоев атмосферы — метеориты.

Конденсатор: ионосфера — тропосфера — Земля — заряжен. Чтобы его разрядить, нужен разрядник.

Где же он?

Это тоже метеорит, но массы большей, чем миллиарды метеоритов, наэлектризовавших ионосферу.

Метеорит большой массы не успевает «сгореть» (то есть превратиться в газ), н при падении на Землю он сильно нагревает и ионизирует воздух. Это и дает разрядник. Гораздо чаще метеорит «сгорает» (то есть превращается в газообразное состояние), не долетев до по верхности Земли. В таком случае если слой воздуха все еще велик и воздух сух, молнии может и не быть. Но дождь — проводник электричества Он «помогает» метеориту. Короче говоря, разрядник будет состоять нз ионизированного метеоритом канала и дождя.

Грозовые облака — проводники электричества Электроемкость их очень велика. Кроме того, они могут быть заряжены, и не обязательно положительно. При разряде молнии происходит известное физическое явление — индукция. И молния может индукционно заряжать облака и дождевые капли не только положительно, но и отрицательно. Поэтому молния не обязательно проскакивает между ионосферой и Землей. Могут быть также и такие варианты: ионосфера — облако или облако — облако. Возможно также, что несколько облаков будут заряжены попеременно то положительным, то отрицательным электричеством.

Путь электрической искры — путь наименьшего электрического сопротивления. Во время грозы это отнюдь не прямая линия. Кроме того, метеорит обыкновенно раскалывается на несколько кусков, что случается очень часто. Благодаря всем этим обстоятельствам траектории молнии столь прихотливы.

отрицательных ионов. Поэтому, достигнув нижнего края облака, капля станет отрицательно заряженной. У нижней части облака капли разбрызгиваются.

И мелкие капельки, образованные при этом, начинают свой «путь наверх» в струе восходящего воздуха. Но на этот раз капли идут навстречу положительным ионам и перезаряжаются положительно.

Поэтому электрическое поле облака все время увеличивается.

Поскольку образуется облако в восходящих потоках воздуха, оно не падает на Землю, а парит в воздухе.

Естественно, что рост электрического поля не может продолжаться беспредельно. Наступает момент электрического пробоя воздуха. Это то, что мы называем молнией.

Конечно, схема, изложенная нами, весьма приблизительная. Надо учесть электрические процессы в кристалликах снега, а они гораздо сложнее. Наконец, и электрическое поле внутри облаков также более прихотливо, чем в нашей условной схеме. Но основы, теории грозы, на наш взгляд, именно таковы.

Что касается метеоритной теории грозы, то она, хоть и эффектна на первый взгляд, но, как нам кажется, мало вероятна.

Основана теория на том, что рассматривается сферический конденсатор — ионосфера — Земля. Но современная физика давно уже отказалась от этого упрощенного анализа атмосферного электричества. Кроме того, и метеоритов явно не хватит, чтобы обеспечить разрядниками все грозы на Земле.

37