Положительный молниевый разряд
Разряды молний могут происходить между соседними наэлектризованными облаками или между наэлектризованным облаком и землей. Разряду предшествует возникновение значительной разности электрических потенциалов между соседними облаками или между облаком и землей вследствие разделения и накопления атмосферного электричества в результате таких природных процессов, как дождь, снегопад и т. д. Возникшая таким образом разность потенциалов может достигать миллиарда вольт, а последующий разряд накопленной электрической энергии через атмосферу может создавать гигантские кратковременные токи.
Можно подметить, что в исследованиях атмосферного электричества Тесла придерживался двух стратегических направлений.
Отрицательный молниевый разряд
Тесла считал, что в основе электризации облаков лежит процесс накопления заряда в результате «налипания» атмосферного электричества на поверхность туманных капелек самых разных размеров. Впрочем, ученый допускал, что электризация грозовых облаков осуществляется совместным действием нескольких механизмов, а основным из них является падение достаточно крупных частиц, электризуемых трением об атмосферный воздух.
Во-первых, он искал всяческие пути активного воздействия на обширную — в десятки квадратных километров — площадь земной поверхности, на которой проявляются связанные с отдельной грозой электрические явления.
Во-вторых, Тесла никогда не мог смириться с тем фактом, что благодаря проводимости воздуха к земной поверхности на площади в несколько квадратных километров от облака поступает ток около ампера. Учитывая, что на Земле ежесекундно наблюдается в среднем около 100 разрядов линейной молнии, можно подсчитать среднюю мощность, которая затрачивается в масштабе всей Земли на образование гроз: она составляет совершенно фантастическую величину — 1018 эрг/сек. В связи с этим изобретатель никогда не переставал строить сотни всяческих схем «утилизации» этой «даровой энергии», правда, в последние годы его захватили еще более масштабные идеи превращения земных пустынь в колоссальные конденсаторы солнечного света.
В своих расчетах «Глобального электрического резонатора» Тесла исходил из того, что средняя длина молнии обычно составляет несколько километров. Впоследствии изобретатель сокрушался, что для полноты картины надо было обязательно учесть, что изредка между облаками могут проскакивать молнии длиной в десятки километров. При этом разность потенциалов между грозовым облаком и землей в верхнем пределе иногда достигает миллиарда вольт.
Древовидный канал разряда
Особое внимание Тесла уделял исследованиям движения лидера вблизи земли, когда навстречу ему выстреливаются коронные разряды, возникающие над заостренными проводящими предметами, выступающими над поверхностью земли. «Молниепровод» лаборатории в Колорадо-Спрингс показал, что с большой вероятностью атмосферные разряды повторно ударяют в ту же самую точку, при этом диаметр ядра светящегося разряда составляет считанные сантиметры, а наэлектризованная зона вокруг канала молнии может достигать нескольких метров. Тесла считал, что разветвленность разряда молнии между облаками обусловлена ступенчатым характером движения лидера, направление каждого шага которого определяется электросопротивлением воздушных слоев и потому носит в значительной мере случайный характер.
Еще одной своей досадной ошибкой ученый считал игнорирование роли звуковых колебаний. Об энергии раскатов грома говорит тот факт, что средняя дальность слышимости летних гроз на континенте составляет полтора десятка километров. Поэтому разница во времени между вспышками молнии и восприятием грома может достигать полутора минут. Гром от близкого разряда молнии производит такое же действие на слух, как выстрел зенитного орудия в нескольких метрах от наблюдателя. Особенно огорчало Теслу отсутствие экспериментальной базы для исследования инфразвука и ультразвуковых колебаний, которые, по его мнению, в избытке порождали множественные разряды молний.