МОЛНИЯ

МОЛНИЯ гигантский электрический
искровой разряд в атмосфере, проявляющийся обычно яркой вспышкой света
и сопровождающим её громом. Электрич. природа М. была раскрыта в
исследованиях амер. физика Б. Франклина, по идее к-рого был проведён опыт
по извлечению электричества из грозового облака.

Наиболее часто М. возникает в кучево-дождевых
облаках, тогда они наз. грозовыми; иногда М. образуются в слоисто-дождевых
облаках, а также при вулка-нич. извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Обычно наблюдаются линейные М., к-рые относятся
к т. н. безэлектродным разрядам, т. к. они начинаются в скоплениях заряженных
частиц. Это определяет их нек-рые, до сих пор необъяснённые свойства, отличающие
М. от разрядов между электродами. Так, М. не бывают короче неск. сотен
м',
они
возникают в электрич. полях значительно более слабых, чем поля при межэлектродных
разрядах; сбор зарядов, переносимых М., происходит за тысячные доли секунды
с мириадов мелких, хорошо изолированных друг от друга частиц, расположенных
в объёме неск. км³. Наиболее изучен процесс развития
М. в грозовых облаках, при этом М. могут проходить в самих облаках - внутриоблачные,
а могут ударять в землю - наземные. Для возникновения М. необходимо, чтобы
в относительно малом (но не меньше нек-рого критического) объёме облака
образовалось электрич. поле (см. Атмосферное электричество)
с напряжённостью,
достаточной для начала электрич. разряда (1 Мв/м),
а в значит,
части облака существовало бы поле со средней напряжённостью, достаточной
для поддержания начавшегося разряда (0,1 -0,2
Мв/м). В М. электрич.
энергия облака превращается в тепловую.

Процесс развития наземной М. состоит из
неск. стадий. На первой стадии в зоне, где электрич. поле достигает кри-тич.
значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными
электронами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, к-рые
под действием электрич. поля приобретают значит, скорости по направлению
к земле и, сталкиваясь с атомами воздуха, ионизуют их. Т. о. возникают
электронные лавины, переходящие в нити электрич. разрядов - стримеры, представляющие
собой хорошо проводящие каналы, к-рые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному
каналу с высокой проводимостью - ступенчатому л и д е-р у М. (рис., а,
б).
Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков
м
со скоростью 5- 10⁷ м/сек, после чего его движение
приостанавливается на неск. десятков мксек, а свечение сильно ослабевает;
затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков
м. Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем
следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются
при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 2-10⁵
м/сек. По мере продвижения лидера к земле напряжённость поля на
его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности
Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером.
Эта особенность М. используется для создания молниеотвода.
В заключительной
стадии по ионизованному лидером каналу (рис., в) следует обратный, или
главный, разряд М., характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч
а, яркостью, заметно превышающей яркость лидера, и большой скоростью
продвижения, вначале доходящей до 10⁸м/сек,
а в конце
уменьшающейся до 10⁷ м!сек.

Схема развития наземной молнии: а, 6
-две
ступени лидера; 1 - облако; 2 -стримеры; 3 -
канал
ступенчатого лидера; 4 - корона канала; 5 - импульсная корона
на головке канала; в - образование главного канала молнии (К).

Темп-pa канала при главном разряде может
превышать 25 000 °С. Дл. канала М. 1-10 км, диаметр - неск. см.
После
прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение ослабевают. В
финальной стадии ток М. может длиться сотые и даже десятые доли сек,
достигая
сотен и тысяч а. Такие М. наз. затяжными, они наиболее часто вызывают
пожары .

Главный разряд разряжает нередко только
часть облака. Заряды, расположенные на больших высотах, могут дать начало
новому (стреловидному) лидеру, движущемуся непрерывно со средней скоростью
10⁶ м/сек. Яркость его свечения близка к яркости ступенчатого
лидера. Когда стреловидный лидер доходит до поверхности земли, следует
второй главный удар, подобный первому. Обычно М. включает несколько повторных
разрядов, но их число может доходить и до неск. десятков. Длительность
многократной М. может превышать 1 сек. Смещение канала многократной
М. ветром создаёт т. н. ленточную М.- светящуюся полосу.

Внутриоблачные М. включают в себя обычно
только лидерные стадии; их длина от 1 до 150 км. Доля внутриоблач-ных
М. растёт по мере смещения к экватору, меняясь от 0,5 в умеренных широтах
до 0,9 в экваториальной полосе. Прохождение М. сопровождается изменениями
электрич. и магнитных полей и радиоизлучением, т. н. атмосфериками.
Вероятность
поражения М. наземного объекта растёт по мере увеличения его высоты и с
увеличением электропроводности почвы на поверхности или на нек-рой глубине
(на этих факторах основано действие громоотвода). Если в облаке существует
электрич. поле, достаточное для поддержания разряда, но недостаточное для
его возникновения, роль инициатора М. может выполнить длинный металлич.
трос или самолёт - особенно, если он сильно электрически заряжен. Таким
образом иногда "провоцируются" М. в слоисто-дождевых и мощных кучевых облаках.

Особый вид М.- шаровая М., светящийся сфероид,
обладающий большой удельной энергией, образующийся нередко вслед за ударом
линейной М. Длительность существования шаровой М. от секунд до минут, а
исчезновение М. может сопровождаться взрывом, вызывающим разрушения. Природа
шаровой М. ещё не выяснена. М., как линейная, так и шаровая, могут быть
причиной тяжёлых поражений и гибели людей.

Удары М. могут сопровождаться разрушениями,
вызванными её термич. и электродинамич. воздействиями, а также некоторыми
опасными последствиями, возникающими в результате её электромагнитного
и светового излучения. Наибольшие разрушения вызывают удары М. в наземные
объекты при отсутствии хороших токопроводящих путей между местом удара
и землёй. От электрич. пробоя в материале образуются узкие каналы, в к-рые
устремляется ток М. Поскольку в каналах создаётся очень высокая темп-pa,
часть материала интенсивно испаряется со взрывом. Это приводит к разрыву
или расщеплению объекта, поражённого М., и воспламенению его горючих элементов.
Наряду с этим возможно возникновение больших разностей потенциалов и электрич.
разрядов между отд. предметами внутри строения. Такие разряды могут также
явиться причиной пожаров и поражения людей электрич. током. Часто прямым
ударам М. подвергаются сооружения, возвышающиеся над окружающими строениями,
напр, неме-таллич. дымовые трубы, башни, пожарные депо, и строения, отдельно
стоящие в открытой местности. Очень высокие объекты (телевизионные мачты,
привязные аэростаты) могут быть поражены М. в точках, лежащих заметно ниже
их вершины; этот эффект связан с воздействием на путь М. объёмных зарядов,
создаваемых в атмосфере этими объектами. Весьма опасны прямые удары М.
в воздушные линии связи с деревянными опорами. ATM. перенапряжение с
большой амплитудой, попав в линию, распространяется по проводам и может
вызвать электрич. разряды с проводов и электроаппаратуры (громкоговорителей,
телефонных аппаратов, выключателей и т. п.) на землю и на различные предметы,
что может привести к разрушениям, пожарам и поражению людей электрич. током.
Прямые удары М. в высоковольтные линии электропередачи вызывают электрич.
разряды с провода на землю или между проводами; эти разряды часто переходят
под действием рабочего напряжения линии в электрич. дугу, приводящую к
коротким замыканиям и отключению линии. ATM. перенапряжение, попадая с
линии на оборудование станций и подстанций, вызывает разрушение изоляции
(пробой), аппаратуры и машин. Попадание М. в самолёт может привести к разрушениям
элементов конструкции, нарушению работы радиоаппаратуры и навигац. приборов,
ослеплению и даже непосредственному поражению экипажа. При ударе М. в дерево
разряд может поразить находящихся около него людей; опасно также напряжение,
возникающее вблизи дерева при растекании с него тока М. на землю.

Лит.: Стекольников И. С., Физика
молнии и грозозащита, М.- Л., 1943; Разевиг Д. В., Атмосферные перенапряжения
на линиях электропередачи, М.- Л., 1959; Ю м а н М. А., Молния, пер. с
англ., М., 1972; Имянитов И. М., Ч у б а-р н н а Е. В., Шварц Я. М., Электричество
облаков, Л., 1971; Имянитов И. М., Т н х и и Д. Я., За гранью закона, Л.,
1967.

И. М. Имянитов.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я