Электричество в атмосфере. Линейная и шаровая молнии

Атмосфера, по отношению к земной поверхности, имеет электрический потенциал. В спокойных погодных условиях с каждым метром подъема над пустынной равниной или-морем электрический потенциал возрастает примерно на 100 в, т.е.

Если в атмосфере по высоте наблюдается градиейт потенциалов,/го есть в ней и электрический ток, но плотность его небольшая. Хотя через каждый квадратный метр, параллельный земной поверхности, проходит примерно 10~12 ампера, но весь ток, достигающий земной поверхности, составляет уже 1800 ампер.

Рис. 5.3.1. Распределение потенциала в атмосфере

Таким образом, при силе тока 1800 ампер и напряжении 400 000 вольт, атмосферная «батарея» обладает мощностью в 720 МВт. При таком токе отрицательный заряд Земли должен был бы исчезнуть примерно через 30 минут. Ho он не исчезает. Отсюда следует, что положительный заряд, каким то образом, из Земли постоянно «перекачивается» в атмосферу, обеспечивая подзарядку «батареи». Это первая загадка, а вторая загадка связана с временной вариацией (приблизительно на 15%) тока в атмосфере: ток достигает максимального значения в 19.00 по лондонскому времени независимо от места наблюдения. Обе эти загадки связаны с динамикой атмосферных процессов, обеспечивающих подзарядку «батареи».

Электричество в атмосфере, так же как и в проводах, имеет эфирную природу. Эфир из атмосферы поступает в Землю двумя путями. Первый — это конвекционный путь, при котором из эфирного поля атмосферы происходит постепенное «стекание» эфитонов на Землю в виде конвекционного тока.

Известно, что Солнце нагревает почву и воду в водоемах (морях, океанах), т.е. происходит постоянное испарение воды. При испарении вода из жидкости превращается В пар, состоящий из отдельных молекул. Каждая такая отдельная молекула имеет свое эфирное поле (эфирную оболочку), которое по суммарной массе входящих в него эфитонов превышает суммарную массу эфитонов эфирного поля данной молекулы в составе жидкости. Молекула воды при испарении недостающую массу эфитонов для формирования своего эфирного поля «заимствует» у Земли. Поднимаясь в верхние слои атмосферы, пар остывает и происходит процесс, обратный испарению: молекулы воды конденсируются в капли с одновременным уменьшением суммарной массы эфитонов в их эфирных полях. Масса эфитонов, выделяемая же при конденсации пара в капли воды (снега), повышает плотность эфирного поля атмосферы и тем самым обеспечивает постоянную подзарядку атмосферной «батареи».

На Земле каждые сутки наблюдается около 300 гроз. Различные эксперименты, в том числе полеты самолетов через грозовой фронт, позволили установить распределение зарядов в грозовом облаке (рис. 5.3.2). Верхушка облака заряжена положительно, средина облака — отрицательно, а в нижней части облака имеется сравнительно небольшой участок, где наблюдается скопление положительных зарядов. Это скопление причиняет исследователям немало забот, ибо никто до сих пор не знает, почему оно там появляется и какова его роль в грозовом процессе.

Рис. 5.3.2. Распределение зарядов в грозовой туче

Если бы не было этого скопления положительных зарядов, то, с точки зрения классической науки, все бы выглядело просто: положительный заряд в облаке вверху и отрицательный внизу — такое расположение полюсов атмосферной «батареи» мог бы поддерживать отрицательный заряд Земли за счет поступления конвекционным путем и в виде молний отрицательных зарядов из нижней части облака. Однако пожелания и реальность не всегда совпадают.

Представляется, что скопление положительных зарядов внизу тучи играет существенную роль в грозовом процессе. Этого заряда, хватает на то, чтобы создать между тучей и землей разность потенциалов в 20-100 миллионов вольт. Именно этот положительный заряд рождает молнию. Естественно, у читателей сразу возникнут возражения: молния всегда несет отрицательный заряд. Это по классической теории, а в рамках гипотезы эфирной природы тока положительным зарядом считается тот, у которого суммарная масса эфитонов больше, а ток всегда течет от большего заряда к меньшему заряду.

Рассмотрим возможный механизм образования и распределения зарядов в туче. Водяные пары, поднимаясь вверх, уже на высоте примерно двух километров начинают конденсироваться в мельчайшие капельки, которые под воздействием потока влажного воздуха продолжают подниматься вверх и одновременно соединяться с соседними капельками, образуя более крупные капли. Поднимаясь вверх, эти капли быстро охлаждаются до температуры ниже нуля, но еще не замерзают, а только «переохлаждаются». Это связано с тем, что вода может охлаждаться ниже точки замерзания, если отсутствуют частицы, которые необходимы для начала кристаллизации. При дальнейшем подъеме капель (Н gt; 5 км) и понижении их температуры, имеющиеся на этой высоте мельчайшие кристаллики льда, пылинки, начинают играть роль центров кристаллизации, вокруг которых капли воды начинают быстро замерзать, превращаясь в снег.

Приведенное на рисунке 5.3.2 распределение зарядов в грозовой туче по высоте связано с процессами превращения водяного пара в капельки воды, снежинки и кристаллики льда на этих высотах.

При конденсации водяного пара и образовании мельчайших капелек воды в результате перестройки эфирных полей молекул происходит наибольшее выделение эфирной массы из-за сркращения объема эфирного поля молекул воды в составе жидкости. Поэтому на этих высотах в нижней части облака плотность эфирного поля значительно возрастает, в результате чего формируется большой положительный заряд. На тех высотах, на которых капли воды превращаются в снежинки, для обеспечения перестройки эфирных полей у молекул своих эфитонов уже не хватает, так как поверхность снежинок становится больше по сравнению с поверхностью капель воды. Недостающая масса эфитонов забирается из эфирного поля окружающего пространства, в результате чего плотность этого поля снижается, т.е. на этих высотах в облаке формируется отрицательный заряд. По мере дальнейшего подъема, снежинки превращаются в кристаллики льда, у которых поверхность меньше. В результате чего прй перестройке эфирного поля снежинки в эфирное поле кристаллика происходит выделение лишних эфитонов в окружающее пространство, что ведет к созданию положительного заряда в верхней части облака.

Таким образом, в процессе образования облака в его нижнем и верхнем слоях формируются положительные заряды, а в среднем слое — отрицательный заряд. Создаются разности потенциалов между верхним и средним слоями, между нижним и средним слоями, а также между нижним слоем и земной поверхностью. Эти разности потенциалов вызывают появление конвекционных токов между слоями в облаке и между нижним слоем и земной поверхностью, которые уменьшают

заряды в облаке и тем самым, в большинстве случаев, предотвращают превращение облака в грозовую тучу.

Так обеспечивается функционирование атмосферной «батареи», и это является ответом на первую загадку. А ответ на вторую загадку, связанную с тем, что ток в атмосфере достигает максимального значения в 19.00 по лондонскому времени независимо от места наблюдения, состоит в следующем.

Величина тока определяется разностью потенциалов между атмосферой и земной поверхностью, которая находится в прямой зависимости от количества водяных паров, поступающих в атмосферу в единицу времени. Отсюда следует, что к указанному времени в атмосфере Земли должно содержаться максимально возможное количество молекул воды в виде пара, капелек, снежинок и кристалликов, которое обеспечивает создание необходимой разности потенциалов между атмосферой и землей, соответствующей наблюдаемому максимуму атмосферного тока. Токи в атмосфере — это движение эфитонов из эфирных полей большей плотности в эфирные поля с меньшей плотностью. Они постоянно выравнивают плотности эфирных полей в разных областях атмосферы и тем самым поддерживают в каждый момент времени практически одинаковуюдразность потенциалов между атмосферой и земной поверхностью. А это, соответственно, обеспечивает практически одинаковые токи в атмосфере в каждый момент времени, независимо от места наблюдения.

Рассмотрим физику явления под названием молния. Молнии подразделяются на линейные и шаровые.

Линейную молнию часто называют просто молния. Вот как определяет молнию Большой энциклопедический словарь (БЭС): «Молния — гигантский искровой разряд между облаками и земной поверхностью длиной несколько километров, диаметром де- ' сятки сантиметров и длительностью десятые доли секунды...».

Молнии бьют между одной ча- ' стью тучи и другой (между слоями

тучи), или между одной тучей и другой, или между тучей и Землей. При каждом ударе молнии из тучи в Землю стекает 20-30 кулон электричества.

Проявление молнии — сложный процесс. Сначала появляется небольшой светлый комок («ступенчатый лидер»), выходящий из тучи, который начинает быстро перемещаться вниз со скоростью, примерно 60 ООО км/сек. Ho проходит он всего порядка 50 метров, останавливается, а через 50 мксек делает следующий шаг и т.д. Когда от земной поверхности до ступенчатого лидера остается примерно 100 метров, то навстречу лидеру от поверхности начинает подниматься разряд. Если поблизости имеется возвышающийся над поверхностью предмет (дом, дерево и др.), то лидер устремляется к этому предмету. Так шаг за шагом «ступенчатый лидер» достигает земной поверхности и открывает путь основному заряду тучи для стекания на Землю. В месте соприкосновения лидера с поверхностью возникает яркое свечение, которое начинает быстро подниматься по проложенному пути к туче. Проявление данного эффекта называют молнией.

Удар молнии сопровождается ярким свечением и громовым ударом, а ток в пике молнии достигает 10 000 а. Спустя некоторое время (после восстановления заряда) из тучи пикирует новый лидер («темный лидер»), который достигает земной поверхности одним броском, проходя по пути, проложенным «ступенчатым лидером». И снова бьет молния. Таких ударов порой бывает один-три, а иногда и более.

Природа молнии и механизм ее проявления сложны. Рассказывая

о              молнии, американский физик Р. Фейнман признается в том, что «мы не знаем точно, как она действует. Мы хотим дать качественное описание того, на что это похоже, но мы не будем входить в детали того, почему происходит то, что, по-видимому, происходит» [47, т. 5, с. 192].

По его мнению, при ударе молнии в Землю из тучи уходит отрицательный заряд, Ho о носителях этого заряда он умалчивает. Это мнение не соответствует тому, что описано выше. Так, какова же природа электрического заряда, переносимого молнией из тучи в Землю? Эфирная или электронная (плазменная)? Этот вопрос рассмотрим совместно с выяснением природы шаровой молнии.

БЭС отдельно дает определение шаровой молнии: «Шаровая молния, редко встречающиеся явление, представляющее собой светящийся сфероид диаметром 10—20 см и больше, образующийся обычно вслед за ударом линейной молнии и состоящий, по-видимому, из неравновесной плазмы. Существует от одной секунды до нескольких минут. Природа шаровой молнии пока не ясна».

Считается, что шаровые молнии, как правило, возникают только после линейных молний. Шаровые молнии наблюдались сотни и тысячи раз. Получены их фотографии. Они представляют собой ослепительнобелый, голубоватый, желтоватый или даже красноватый шар размером 10-20 сантиметров в диаметре. Однако есть фотографии шаровой молнии диаметром около 13 метров. Шаровая молния существует 3-5 секунд, а иногда и несколько минут. Она движется со скоростью около двух метров в секунду, может некоторое время оставаться на месте или совершать колебательные движения (вверх-вниз). Документально зафиксированы случаи, когда шаровая молния опускалась из грозовой тучи до высоты нескольких метров над землей, а затем вновь поднималась к туче.

Шаровая молния проникает в помещение через печные трубы, форточки, щели и, покружившись внутри, тихо его покидает, оставляя

после себя неприятный острый запах. Иногда она вдруг «бросается» под одежду людей, вызывая ожоги и смерть. Описаны удивительные свойства шаровой молнии. Она способна пробивать гранитные стены, пробуравливать глубокие дыры в земле, переносить по воздуху камни, людей и животных, опустошать сосуды с водой и совершать другие необычные «поступки» (ж. «Знание-сила, №3, 1957 г.).

За всю историю человечества было выдвинуто более ста гипотез природы шаровой молнии, но и до сих пор она остается для науки тайной. Образование и свечение шаровой молнии чаще всего объясняют следующим образом. Разряд обычной линейной молнии способствует образованию в воздухе озона и расщепляет молекулы азота на атомы. Предполагается, что после разряда линейной молнии эти химически активные газы, перемешиваясь с дымовыми частицами и пылинками, образуют вихрь. Твердые частицы в этом вихре сильно нагреваются и светятся. Есть и другие гипотезы, но все они предполагают, что источник энергии, за счет которого происходит свечение шаровой молнии, находится в ней самой.

Насколько справедливо такое предположение? Выдающийся физик академик П. Л. Капица в статье «О природе шаровой молнии», опубликованной в «Докладах Академии наук СССР» за 1955 год, доказывает, что все эти гипотезы о шаровой молнии противоречат закону сохранения энергии. Шаровая молния диаметром 10-20 сантиметров не могла бы просуществовать нескольких секунд за счет «внутренней» энергии — она распалась бы за сотые доли секунды. Подтверждение тому — светящиеся облака, наблюдаемые при взрывах атомных и термоядерных бомб. Эти облака состоят из полностью ионизированного газа и содержат в себе предельный запас энергии. При диаметре 150 метров такое облако способно светиться меньше 10 секунд. А энергия, запасенная в шаре диаметром 10-20 сантиметров, может обеспечить его свечение самое большее в течение сотой доли секунды.

Ho шаровая молния такого диаметра иногда существует несколько минут! По этому поводу академик Капица пишет: «Таким образом, если в природе не существует источников энергии, еще нам неизвестных, то на основании закона сохранения энергии приходится принять, что во время свечения к шаровой молнии непрерывно подводится энергия, и мы вынуждены искать этот источник вне объема шаровой молнии». По его мнению, подобным источником могут быть радиоволны дециметрового диапазона, которые образуются в процессе грозовых разрядов.

Почему шаровая молния возникает после линейной молнии и что общего между ними? В журнале «Наука и жизнь» (№6, 2002 г.) была опубликована статья под названием «Молния на ураганном ветру». /

Приведем краткое ее изложение и рассмотрим природу линейной и шаровой молниями.

Москвичи хорошо помнят, как днем 21 июля 2001 года над Москвой разразился ураган. Скорость ветра достигала 25 м/сек, а молнии сверкали на высоте 300-400 метров. Удар молнии в шпиль Останкинской башни (на высоте 533 м) был снят оператором TB с, расстояния около 700 метров. На этой высоте скорость ветра должна была достигать 43 м/сек. ДТН, профессор МГТУ им. Баумана М. Марахтанов исследовал кадры видеозаписи этого удара молнии, которая велась с частотой 25 кадров в секунду. На первом кадре видно, как молния вцшла из шпиля и повернула налево. Длина прямой линии около 10 м, ширина 25 см. На втором кадре изображение молний приняло очертание непрерывной ленты длиной 47 м (то, что поместилось в кадре) и средним диаметром ¦ метр (предельное значение 1,5-3 м). Спустя 0,375 сек (9-й кадр) молния распалась на части. Свечение исчезло на участке длиной 2 метра, примыкающем к шпилю. Еще четыре аналогичных разрыва возникли на расстояниях примерно 3; 7; 17,5 и 20 метров от шпиля. Средняя длина разрывов и ширина оставшихся частей молнии составляли около 0,5 метра. Затем молния превратилась в гирлянду из отдельных бусинок. Так на 14 кадре гирлянда состояла из 27 бусинок, или четок. Средний шаг гирлянды составлял 1,69 метра, а средняя длина и толщина бусинок равнялись 0,65 и 0,41 метра. На 15 кадре осталась лишь одна бусинка в 33 метрах от шпиля, а на 16 кадре исчезли все бусинки. Отсюда продолжительность «жизни» (длительность) молнии будет равна tM = (1/25) • 15 = 0,625 сек. Если бусинки состояли бы из плазмы, то под действием ветра они должны были быть снесены на расстояние равное S = (1/25) ¦ (14 - 9) ¦ 43 = 9 метров. Ho этого не случилось. Это доказывает то, что молния не является плазмой, а ее контур ограничивает объем некоторого тела, границы которого яростно сопротивляются воздействию ураганного ветра. Противостоять силе ураганного ветра может только электрическая сила. При этом напряжение между бусинками должно быть равно не менее I 600 000 вольт.

Устойчивость бусинок доказывает, что электроны, также как и плазма, не могут быть материальными носителями молнии, т.к. в этом случае под действием кулоновских сил ширина бусинок от кадра к кадру должна была бы увеличиваться. А этого не происходит. Значит молния — это не сгусток электронов, а, по-видимому, сгусток эфирных частиц — эфитонов.

Согласно гипотезе эфирной природы тока, материальноэнергетической основой молнии является сгусток эфира (эфитонов). Этим объясняется устойчивость ее положения на ветру, и то обстоя-

тельство, что в течение «жизни» молнии ее диаметр не увеличивается, а, наоборот, несколько уменьшается. Действительно, эфитоны в целом электронейтральны, что позволяет изменять плотность эфирной решетки в широких пределах с сохранением ее устойчивости. Что же касается бусинок и темных промежутков между ними — и то и другое являются сгустками эфитонов, только в бусинках плотность эфитонов выше, чем в темных промежутках. Перерождение молнии из сплошной ленты в бусинки и темные промежутки говорит о том, что она еще продолжает существовать, но сила ее уже на исходе.

А что же собой представляет шаровая молния? Это дитя линейной молнии, и, соответственно, материально-энергетическая основа шаровой молнии та же —- сгусток эфирного поля (эфитонов). Представляется, что процесс образования шаровой молнии выглядит следующим образом. После образования линейной молнии начинается процесс выравнивания плотности эфира в «эфирных облаках». Если до завершения этого процесса градиент плотности эфирного поля становится равным нулю или даже меняет знак, то оставшийся сгусток эфитонов в линейной молнии стечется в одну «каплю», которая и будет представлять собой шаровую молнию.

Как показали наблюдения, появление шаровых молний не всегда связано с грозой. Документально зафиксированы случаи их появления во время землетрясений и извержений вулканов, причем шаровые молнии выходили как бы из-под земли. Известны также случаи появления линейных и шаровых молний при сходе снежных лавин. Более того, рыбаки на Ладоге наблюдали появление шаровых молний из-под воды.

Шаровыё молнии достаточно часто наблюдаются в геоактивных зонах, особенно в периоды повышения солнечной активности. Эти зоны достаточно строго привязаны к местам активных тектонических разломов, где две глубинные плиты испытывают сжатие или напряжение сдвига. Как правило, подобные зоны располагаются в районах молодых гор или активного горообразования. Большие напряженности электрических полей, сравнимые с грозовыми, ученые начали фиксировать еще в начале XX века. Считалось, что эти поля вызывались пьезоэффектом в кварцесодержавщих горных породах. Однако позже выяснилось, что четкой корреляционной связи электрических полей с залежами гранита и кварца не наблюдается. И только в конце 60-х годов прошлого века наметился прорыв в понимании электрических и электромагнитных явлений в геоактивных зонах. Это сделал профессор Томского политехнического института А.А. Воробьев.

Суть данного открытия можно пояснить на следующем простом примере. Возьмем в качестве образца кусочек горной породы (гранит, бальзат), каменного угля или просто бетона и начнем сжимать образец специальным прессом. Уже на стадии пластической деформации образца приборы начинают фиксировать множество физических эмиссий, исходящих из него в виде вспышек света (в том числе в области ультрафиолета), всплеска напряженности электрических и электромагнитных полей в радиодиапазоне, звуковые колебания (вплоть до ультразвука). Максимальная вспышка физических эмиссий наблюдается в момент разрушения образца. А отсюда следует, что когда под действием мощных тектонических напряжений происходит пластическая деформация и разрушение миллионов тонн горной породы, энергетический выход всех выше перечисленных физических эмиссий возрастает в миллионы раз. Поэтому за сутки, часы и даже минуты до первого толчка в районе будущего землетрясения в большинстве случаев наблюдаются вспышки света, свечение почвы и атмосферы.

По гипотезе профессора А. А. Воробьева, в зонах активных тектонических разломов, землетрясений могут бушевать подземные грозы с молниями длиной десятки километров. А где есть линейные молнии, там образуются и их «детки» — шаровые молнии. Выходы шаровых молний из-под земли были зафиксированы в Германии (1911 г.), Японии (1930 г.) и многих других странах при катастрофических землетрясениях.

Сама природа атмосферного электричества наталкивает на мысль получения электрической энергии непосредственно из сгущений эфира (эфирных облаков), которые образуются в процессе конденсации водяных паров. Для получения электрической энергии из эфирного облака необходимо поместить приемную антенну в зоне (на высоте) образования облаков (например, на воздушном шаре или на горной вершине). Эта антенна соединяется проводом с накопителем электрической энергии (аккумулятором). В случае создания антенны на горной вершине накопители электрической энергии должны располагаться в низменной местности, где плотность эфирной решетки существенно ниже по сравнению с горами. По мере возрастания плотности в эфирном облаке атмосферы увеличится разность потенциалов между приемной антенной (в ней плотность эфирного поля будет равна плотности в эфирном облаке) и заземлением, и возникнет электрический ток. Естественно, из района расположения антенны никогда не будут бить молнии, т.к. подобная «электростанция» будет постоянно забирать все «излишки» электрической энергии из эфирного облака, а ее мощность может быть очень большой. Основной проблемой, которую необходимо будет решить при строительстве подобных «электростанций», является создание аккумуляторов электрической энергии большой емкости.