Молния в небе, молния-разрушительница, причина пожаров и несчастий была хорошо знакома людям независимо от континента, страны или исповедуемой религии. Для всех она — грозное и страшное явление, связанное с высшими силами. И потому низведение молнии на землю, влияние человека на нее не могло не производить сенсации.
Вполне естественно, что в России, взбудораженной эпохой Петра I, любая новость попадала на благодатную почву. Еще Петр I издал декрет о присылке столицу всевозможных диковинок. С жадностью и восторгом неофита искал он повсеместно все неожиданное, как природное, так и рукотворное. И это устремление к новому не могло исчезнуть сразу после смерти царя.
Об опытах Франклина в России узнали впервые из статьи, переведенной из кельнской газеты и помещенной в «Санкт-Петербургских ведомостях» 1752 года. Вот что там было написано:
"Никто бы не чаял, чтоб из Америки надлежало ожидать новых наставлений об электрической силе, а однако учинены там наиважнейшия изобретения. В Филадельфии, в Северной Америке, господин Вениамин Франклин столь далеко отважился, что хочет вытягивать из атмосферы тот страшный огонь, который часто целыя земли погубляет. А именно делал он опыты, для изведания, не одинакова ли материя молнии и электрической силы, и действие догадку его так подтвердило, что от громовых ударов следующим образом охранить себя можно: на вершинах строений или кораблей надлежит утвердить железныя востроконечныя прутья перпендикулярно поставленныя; вышиною от 10 до 12 футов и для охранения от ржи позолоченные; а от нижнего конца прутьев спустить проволоку к подошве строения наземь или от мачтового каната на кораблях.
Как чинили сей опыт в марлийском саду железным прутом, вышиною в 40 футов поставленным, и на электризованном теле утвержденном, во время грому, который шел через то место, где был прут, то бывшия при том персоны вытянули такия искры и движении, которыя подобны тем, кои производятся обыкновенною электрическою силою.
В Париже 18 мая из утвержденного 99 футов вышиною и в виноградном саду поставленного прута вытягивали многая искры через полчаса и более в то самое время, как густая туча над тем местом. Сии искры совершенно походили на исходящий из фузеи огонь и причиняли такой же стук и такую же опасность. Другими опытами тоже подтверждено явилось, что с помощью востроконечных прутов у громовых туч огонь отнять можно".
И это в то время, когда споры о природе молнии и громоотводе не утихали еще даже на родине Франклина. Ученый первым установил на своем доме изолированный железный шест, соединил его проводником с землею и даже включил в цепь звонок, чтобы молния сама предупреждала хозяина дома о своем появлении.
Год спустя в одном из своих писем он изложил подробно теорию громоотвода, предлагая заострять верхний конец металлического шеста, поскольку заметил, что с острия электричество стекает постепенно, без внезапных разрядов. В Америке громоотводы распространились довольно быстро. В самой Филадельфии скоро уже все крупные здания были снабжены защитными устройствами. Лишь французское посольство, в силу предубеждения перед новшествами, отказалось от установки громоотвода. И вот — ирония судьбы. В 1782 году именно в это здание ударила молния, и оно сгорело.
Во Франции опытами с атмосферным электричеством занимались многие исследователи. Однако, когда один из жителей Омера установил на крыше своего дома громоотвод, его соседи усмотрели в этом прямой вызов небу и заставили муниципалитет вынести постановление о снятии богопротивного прибора. Владелец дома затеял тяжбу с городскими властями. Он поручил ведение дела молодому юристу из Арраса, небезызвестному Максимильену Робеспьеру, в будущем — деятелю Великой французской революции. И тот выиграл процесс, обретя при этом значительную популярность среди горожан.
Во всем мире шли ожесточенные споры по поводу громоотводов. В Англии на конец металлического шеста предлагали надевать шар, чтобы сделать притянутую молнию безвредной. В Германии кое-кто полагал, что громоотвод вызывает засуху, а в Америке с церковных амвонов раздавались уверения в том, что землетрясения, сотрясающие земли Нового Света, имеют своими причинами неблагочестие прихожан, выражавшееся также в установке громоотводов на крышах своих домов.
Здесь, пожалуй, стоило бы еще раз вернуться к механизму образования и развития молнии с современных позиций. При этом один из главных вопросов: откуда и как образуется электрический заряд в облаке?
Наблюдения показывают, что облака состоят из мириад крошечных капелек воды. Частицы воды в облаке непрерывно движутся, сталкиваются. Одни сливаются в капли, другие, наоборот, разбрызгиваются сильными порывами ветра. Поднимаясь наверх, они замерзают и превращаются в кристаллики льда, которые еще разламываются, сталкиваясь друг с другом.
В исследовательских лабораториях не раз ставили опыты, показывавшие, что при отрыве от капли воды мелких частичек или при ее замерзании капля приобретает электрический заряд. Не исключено, что именно такой процесс ведет к накапливанию электричества в облаке. В верхней его части — положительного, в нижней — отрицательного. Однако существуют и другие предположения ученых о механизме электризации.
Так или иначе, но наша «облачная машина» накопила заряды. И разность потенциалов между облаком и землей или между отдельными частями облака достигла критической величины…
Видели ли вы, как весной из большой лужи талой воды рождается ручеек? Извиваясь среди бугорков нерастаявшего снега и нагромождений льдин, он прокладывает себе дорогу по извилистому пути наименьшего сопротивления. Примерно так же начинается и «пробой» — движение лавины электронов в воздухе, когда напряженность электрического поля переваливает за критическую величину. Только процесс этот, разумеется, идет значительно быстрее. Электроны разгоняются полем, приобретают большие скорости. Сталкиваясь с атомами воздуха, они разбивают их, ионизируют. Воздух в узком канале из обычного состояния изолятора превращается в плазму — в отличный проводник. Всего сотую долю секунды нужно, чтобы первый импульс — лидер молнии скачками добрался бы от облака до поверхности земли. И вот тут-то и начинается бурное соединение отрицательных зарядов, скопившихся в канале, который проложил лидер, с положительными зарядами, наведенными на земле, на кроне дерева или на высоких строениях. Теперь уже от земли вверх по проложенному пути бьет гигантское пламя основного разряда, достигая в своем движении скоростей в десятки тысяч километров в секунду.
За первым импульсом в принципе может следовать второй, третий… Бывает, что их насчитывается по нескольку десятков. Но чаще — два, три, не больше. При этом продолжительность каждого импульса — сотые доли секунды, глазу не заметить. Столь же кратковременны и промежутки между ними. Поэтому молния, несмотря на свою прерывистость, представляется наблюдателю единым длинным разрядом.
А почему молнии сопровождаются громом? Процесс этот довольно любопытен. Двигаясь в канале молнии, лавины заряженных частиц в считанные доли секунды сильно разогревают воздух, превращая его в плазму, и он рывком расширяется. Это расширение подобно удару, который порождает звуковые волны. Их-то мы и слышим. Естественно, чем больше электричества пройдет через разрядный канал, чем резче будет этот удар, тем громче звучит голос молнии.
Бывают ли «тихие молнии»? Оказывается, бывают, хотя мне и не довелось встречать. Но о том писал уже Лукреций в шестой книге своей замечательной поэмы «О природе вещей», о бесшумных молниях рассказывал французский физик XVIII-XIX веков Доминик Франсуа Араго, много занимавшийся исследованием электрических явлений.
Сегодня существует предположение, что без грома развиваются те молнии, которые начинаются и спадают постепенно. Представьте себе раскаленную плазму в канале разряда молнии, которая давит на стенки канала, но они не раздуваются бесконечно, поскольку отдельные линии тока в канале вследствие одинаковости их направления сильно притягиваются друг к другу. Наступившее равновесие тех и других сил поддерживает канал. И если ток в нем нарастает и спадает постепенно, это равновесие практически не нарушается. Другое дело, когда ток обрывается вдруг, рывком. Канал под действием внешнего давления «схлолывается», и тут уж жди грома.