Что такое молния и как она рождается? Она бьет сверху вниз или снизу вверх?

Naked ScienceНаука

«Рождение молнии как коллективный процесс — вот что самое неожиданное в современном понимании о молнии»

Александр Костинский. Фото: из архива автора

Что такое молния и как она рождается? Она бьет сверху вниз или снизу вверх? Как в грозовом облаке из множества мельчайших зарядов за долю секунды собирается мощнейший электрический разряд? Обо всем этом Naked Science поговорил с заместителем директора Московского института электроники и математики им. А.Н. Тихонова ВШЭ, доктором физико-математических наук Александром Костинским.

[NS]: Александр Юльевич, простите, но мы начнем наш разговор не просто с вопроса, а с целого абзаца из старого учебника 1980-го года, которая когда-то произвела на меня большое впечатление: «Расстояния между частицами в облаке превышают космические. Что это значит? Луна, например, удалена от Земли на расстояние 300–400 000 километров, а это всего в 25–30 раз превышает диаметр Земли. Земля удалена от Солнца на расстояние всего 100 диаметров Солнца. А частицы в облаке находятся на расстояниях, в сотни раз превышающих их диаметр, а то и в тысячи. К тому же, пространство между частицами заполнено плохо проводящим электрический ток воздухом. Но как в этих условиях канал молнии собирает за несколько тысячных мгновений секунды заряды миллиардов и миллиардов капель, распределенных по объему в несколько кубических километров? Это же похоже на чудо! Реальное чудо, причём чудо, которое повторяется при каждом ударе молнии». Давайте поговорим про это чудо — молнии (их, кстати, бывает на Земле до 100 штук в секунду. 

[АК]: Честно говоря, меня молнии всегда пугали, особенно шаровые. Поэтому для меня эта тема связана с детской травмой.

[NS]: Странно! Я бы больше боялся обычных молний, они гораздо чаще встречаются.

[АК]: Давайте про шаровые молнии в конце поговорим, этой темы нам все равно не избежать. Я, как ученый, обычно считаю своим долгом популяризировать знания, которые мы добываем за ваши, кстати, налоги. Поэтому довольно часто читаю всякие популярные лекции с самой широкой аудиторией от взрослых до детишек. И всегда, всегда на этих лекциях звучит вопрос: «А расскажите про шаровую молнию!» У меня есть даже целая большая лекция на YouTube, посвященная этой теме с научной точки зрения — что мы о ней знаем.

[NS]: Итак, тогда начнем с обычных молний, не шаровых. Я хотел прямо сразу уточняющий вопрос задать: молния много десятков тысяч лет известна человеку. Сколько он живет — столько и знает про молнии. Наверное, лет 100 назад казалось, что про них уже более-менее всё известно. Вот есть какой-то ионизированный канал, по нему молния проходит сверху вниз. Но за последние пару десятков лет появилось очень много интересных открытий. Я бы хотел вас спросить, как изменились наши представления о молниях за последний исторический срок?

[АК]: Это все-таки обывательское представление, что мы молнию знаем. Хотя замечу, что такого счастливого времени, как сейчас, популяризация ещё не знала даже 30 лет назад. Сейчас про молнии десятки очень хороших лекций можно найти, как и в целом — по любой почти теме. Дело в том, что все люди привыкли видеть большой горячий канал, который зачастую приводит к большим разрушениям — к гибели самолётов, гибели людей и животных. Каждый год тысячи людей и животных гибнут от молнии (по всему миру). Молния и гроза, как нечто, порождающее молнию, с другими своими проявлениями — такими, как град, — это зачастую самые частые и опасные явления.

Может показаться, что вулканы и землетрясения гораздо страшнее. Но они и происходят гораздо реже. Вы вот правильно заметили, что у нас приблизительно от 50 до 100 раз в секунду молния бьет где-то, в каком-то месте на планете. Т. е. это действительно невероятно частое явление. Это только казалось, что мы его хорошо знаем. Допустим, что это так — и кстати, наиболее хорошо изучен именно этот самый горячий, большой, огромный канал, который дает токи в среднем от 15 до 100 килоампер. Огромные заряды, которые исчисляются кулонами и десятками кулон. Тут просто трудно сказать: если бы здесь, в комнате, где мы сидим, случилось бы хоть 0,1 кулона, то от нее почти ничего бы не осталось. Это гигантские энергетические возможности.

Вопрос, в чем они заключены, ученых мучил с самого начала, когда они поняли, что это плазма. Конечно, не со времен Франклина и Ломоносова — всё-таки тогда понятия «плазма», как такового, не было. Они установили, что молния — это электрическое явление. А вот приблизительно с начала ХХ века, 120 лет назад, люди поняли, какое это чудовищно огромное явление, которое совершенно справедливо вас пугает. Это очень страшное явление! Нельзя к молнии относиться как-то снисходительно. Когда люди стали запускать воздушные шары, то выяснилось, что в облаке ничего нет, кроме маленьких капелек, ледышек, крупы и т. д. — нет ничего, кроме разных фаз замерзшей воды. И на этих крохотных частичках воды есть малюсенькие заряды. Абсолютно правильно в своей книге «За гранью законов науки» (М., 1980) И.Я. Имянитов, выдающийся исследователь грозовых облаков, и журналист Д.Я. Тихий написали эти проникновенные слова, которые вы процитировали в самом начале разговора: действительно, как из зарядов, которые являются даже не нанокулонами, а пикокулонами, т. е. одна триллионная часть кулона, только они при этом еще разбросаны на гигантском расстоянии друг от друга, вдруг получается мощный большой заряд — ну как же они собираются вместе?

Фото: Wikimedia Commons

[NS]: Причем в мгновение ока!

[АК]: Да! Для ученых это не мгновение, а другие шкалы времени и другие шкалы скоростей.

[NS]: Давайте отступим еще на шаг назад, потому что при чтении этих строк у кого-нибудь наверняка возникнет вопрос: как вообще многочисленные заряды на этих частицах возникают?

[АК]: Это очень сложный комплексный процесс. Это трение, разрушение, вытягивание капель. При любом разрушении и столкновении капель возникает зарядка. Эта динамо-машина очень мощная — вернее, даже не динамо, а этакая турбулентная машина, которая питается теплом конденсации. Очень много тепла выделяется, когда из пара, который молекулы, образуются капли. При охлаждении, поднятии облака выделяется тепло; оно поднимается еще быстрее, возникают скорости восхождения от 10 и иногда до 40 м/с. Вот смотрите, крутится такая мощная машина. В этой машине разного рода частички трутся, ударяются, с капелек срываются другие капельки… 

[NS]: …И в процессе этой турбулентности образуются заряды.

[АК]: Мощной турбулентности, подчеркну! И разного типа неустойчивостей — т. е. эти потоки распадаются, сталкиваются и т. д. В действительности это одна из мощнейших известных нам машин. А дальше возникает вопрос: вот этот самый канал идет к земле, те самые молнии. Вопрос: как они спускаются? Как они могут пробить такое гигантское расстояние от облака до поверхности Земли? Дело в том, что даже если взять электрофорную машину в школе, которую мы все помним, — для того, чтобы пробить всего один сантиметр, т. е. сделать электрический разряд, нужно 30 000 вольт на сантиметр. А вы представляете, даже до кромки облаков — обычно 2–3 км. Если все хорошенько посчитать, то выходит, что никаких зарядов в облаке, которые мы уже хорошо научились измерять, не хватит, чтобы сформировать этот пробой. Это была одна из самых первых загадок. В ЮАР был такой офицер, которого за исследования молний (за заслуги перед британской наукой) королева Елизавета II в 1960-м титуловала рыцарем — это был сэр Бэзил Шонланд и его команда. Они открыли т.н. лидер (или «предвестник»). Оказывается, перед тем, как молния ударит в землю, возникает такой горячий плазменный канал, который движется с огромной скоростью от 100 до 500 км/с. И вот когда этот лидер подходит к земле, а со зданий или с земли ему навстречу поднимается такой же лидер (точнее, даже несколько лидеров, не один)…

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Калязин. Фрески затопленного монастыря Калязин. Фрески затопленного монастыря

История единственной коллекции фресковой живописи Троице-Макарьева монастыря

Наука и жизнь
Психопаты в доме священника: отрывок из романа букеровской финалистки Патриции Локвуд Психопаты в доме священника: отрывок из романа букеровской финалистки Патриции Локвуд

Автобиографическая книга Патриции Локвуд

Forbes
Манкала: игра, которая покорила мир Манкала: игра, которая покорила мир

Манкала — игра, основа которой прикладная математика

Популярная механика
Убытки, сокращения и бунт: что происходит в Skillbox и GeekBrains Убытки, сокращения и бунт: что происходит в Skillbox и GeekBrains

Образовательный холдинг провел сокращение сотрудников

Forbes
Стартап как на ладони. Что знают о вашем проекте инвесторы с предпринимательским опытом? Стартап как на ладони. Что знают о вашем проекте инвесторы с предпринимательским опытом?

Как знания о работе в стартапе изнутри изменили систему оценки проектов

Inc.
Что происходит в Бермудском треугольнике: странные случаи и причины Что происходит в Бермудском треугольнике: странные случаи и причины

Легенды о Бермудском треугольнике ходят еще со времен Колумба

Популярная механика
Человек на задворках Человек на задворках

Анна Толстова о поколении «Плеяды» и выставке «За фасадом эпохи»

Weekend
Планетологи разрешили воде быть жидкой на Марсе еще миллиард лет Планетологи разрешили воде быть жидкой на Марсе еще миллиард лет

Последний раз вода текла по поверхности Марса 2 миллиарда лет назад

N+1
Наглядности ради: как эффектно представить данные в табличных редакторах Наглядности ради: как эффектно представить данные в табличных редакторах

Как представить скучные колонки цифр в понятном и визуально привлекательном виде

CHIP
Страх смерти и магазины у дома: что угрожает крупным торговым центрам Страх смерти и магазины у дома: что угрожает крупным торговым центрам

Эксперты и участники рынка назвали главные риски для мегамоллов

Forbes
Чтение выходного дня: муки выбора, неоправданные надежды и долгожданная встреча — в рассказе Ольги Птицевой Чтение выходного дня: муки выбора, неоправданные надежды и долгожданная встреча — в рассказе Ольги Птицевой

Трогательная история влюбленности, проверенная расстоянием и временем

Esquire
Одна вокруг света: Дорога смерти и лучшие пейзажи Колумбии Одна вокруг света: Дорога смерти и лучшие пейзажи Колумбии

156-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко: Колумбия

Forbes
Одна вокруг света: ночевка в пустыне и Долина желаний Одна вокруг света: ночевка в пустыне и Долина желаний

157-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко: Колумбия

Forbes
5 рецептов от зимней депрессии 5 рецептов от зимней депрессии

Как бороться с зимней депрессией?

Здоровье
Мода, наркотики, йога: как менялась внешность Кейт Мосс за последние 30 лет Мода, наркотики, йога: как менялась внешность Кейт Мосс за последние 30 лет

Как менялась внешность культовой модели Кейт Мосс 1990-х за последние 30 лет

Cosmopolitan
Песенка смета Песенка смета

Разбираемся в масштабной афере с авторскими правами на YouTube

Esquire
Исцеляющие кристаллы: что о них нужно знать Исцеляющие кристаллы: что о них нужно знать

Какой целебной силой многие люди наделяют кристаллы

Cosmopolitan
Игорь Гудков: «Все мы с Рубинштейна, 13...» Игорь Гудков: «Все мы с Рубинштейна, 13...»

Игорь Гудков (он же Панкер) был завсегдатаем питерского рок-клуба

Коллекция. Караван историй
Другой принц Уильям: история кузена Елизаветы II — плейбоя, погибшего в 30 лет Другой принц Уильям: история кузена Елизаветы II — плейбоя, погибшего в 30 лет

Другой принц Уильям — он собирался жениться по любви, но трагически погиб

Cosmopolitan
Можно ли внедрить человеку искусственные воспоминания: безумные эксперименты Можно ли внедрить человеку искусственные воспоминания: безумные эксперименты

Искусственное внедрение ложных воспоминаний — фантастика или реальность?

Популярная механика
15 простых способов нравиться людям, которые правда работают 15 простых способов нравиться людям, которые правда работают

Соблюдая эти правила, ты будешь вызывать ласковую улыбку на лицах окружающих

Maxim
Валентин и валентинки Валентин и валентинки

Скоро 14 Февраля, и не все рады наступлению этой даты. Почему же?

Cosmopolitan
Теона Контридзе: «Свободный человек сам отвечает за всё в своей жизни – и за хорошее, и за плохое» Теона Контридзе: «Свободный человек сам отвечает за всё в своей жизни – и за хорошее, и за плохое»

Теона Контридзе рассказала о детстве, нелюбви к спорту и пищевых привычках

Здоровье
Магниты, которые никогда не притянутся (и другие штуки Брюса Грея) Магниты, которые никогда не притянутся (и другие штуки Брюса Грея)

Брюс Грей может сделать все что угодно

Популярная механика
Новогодние каникулы с пользой: 5 ресурсов, где можно найти себе новую профессию Новогодние каникулы с пользой: 5 ресурсов, где можно найти себе новую профессию

Несколько популярных ресурсов, на которых можно заняться своим образованием

CHIP
Детский гардероб и воспитание: как одежда влияет на самооценку ребенка Детский гардероб и воспитание: как одежда влияет на самооценку ребенка

Как привить ребенку чувство вкуса?

Cosmopolitan
Рене Зеллвегер Рене Зеллвегер

Рене Зеллвегер, в свои 50+ выглядит максимум лет на 35. В чём её секрет?

Здоровье
Рубен Симонов: «Для деда Москва была усыпана красивыми женщинами как бриллиантами...» Рубен Симонов: «Для деда Москва была усыпана красивыми женщинами как бриллиантами...»

При дедушке — Рубене Симонове — театр имел свое лицо

Коллекция. Караван историй
Движение вверх Движение вверх

Загородный дом, оформленный на стыке неоклассики и ар-деко

SALON-Interior
6 проблем со здоровьем, из-за которых шелушится кожа на лице 6 проблем со здоровьем, из-за которых шелушится кожа на лице

Каждый сталкивался с сухостью и шелушением кожи на лице, что с этим делать?

Лиза
Открыть в приложении