ОТВЕТ • Не существует общепринятого объяснения четочной молнии. По-видимому, яркие бусины на струне — это области, остающиеся горячими после того, как остальная часть молнии уже остыла настолько, что перестала светиться. Возможно, оставшиеся горячие пятна — это точки изменения направления канала молнии.

Нет и общепринятой теории, объясняющей возникновение шаровой молнии. На самом деле теорий множество, но ни одна из них не может предсказать все наблюдаемые свойства шаровой молнии, в особенности время ее жизни. Похожий тип светящегося шара, называемого плазменным шаром, можно наблюдать в лаборатории или на электростанции, когда происходит электрический разряд. В разряде молекулы воздуха ионизуются: электроны вырываются из молекул, и положительные и отрицательные заряды разделяются. Это состояние вещества (плазма) существует меньше секунды, после чего электроны и ионизованные молекулы рекомбинируют.

Хотя считается, что шаровая молния живет несколько секунд (или даже больше), а время жизни плазменного шара значительно меньше, в большинстве устоявшихся гипотез считается, что шаровая молния — это плазменный шар, образованный либо прямым ударом молнии, либо восходящим стримером. Предположительно, разряд ионизует либо воздух, либо вещество (землю, молниеотвод и т. п.) в нижней точке молнии или стримера. Однако, если плазменный шар образует молния, он должен обладать каким-то особым внутренним строением, чтобы прожить несколько секунд, а не исчезнуть мгновенно. Кроме того, он не должен быть слишком горячим, поскольку шаровая молния (в отличие от горячего воздуха) не поднимается вверх. Этот шар не может быть просто огнями святого Эльма — видимым разрядом, появляющимся на концах проводящих объектов, — поскольку шаровая молния движется, а огни святого Эльма неподвижны. Так что на сегодняшний день у нас нет убедительного объяснения структуры шаровой молнии.

В течение десятилетий пилоты, подлетавшие ночью близко к грозовым облакам, время от времени видели гигантские вспышки высоко над тучами, возникающие сразу после того, как из туч в землю ударяла обычная молния. Однако эти высокие вспышки бывали короткими и не слишком яркими, так что большинство пилотов считали их иллюзией. Но позже, в 1990-х годах, эти вспышки были сняты на видео и получили название спрайтов. Если спрайты связаны с молнией, возникающей между тучей и землей, почему они появляются не прямо над тучами, а гораздо выше?

ОТВЕТ • Природа спрайтов не совсем понятна, но считается, что они возникают, когда из тучи в землю ударяет очень сильная молния, особенно если она переносит большое количество отрицательных зарядов от земли к туче. Сразу после переноса этих зарядов под тучей на земле возникает область со сложным распределением положительных зарядов. Отрицательные заряды в туче и положительные на земле создают электрическое поле как под тучей, так и над ней.

В этом поле атомы и молекулы воздуха ионизуются, то есть из них вырываются электроны. Однако ионизуются они, только если электрическое поле превысит некую критическую величину, зависящую от плотности воздуха. Непосредственно над тучей напряженность электрического поля велика, но зато воздух слишком плотный для ионизации. Выше над тучей поле немного слабее, но плотность воздуха намного меньше, поэтому там возможна ионизация. На этой большой высоте электроны не только отрываются от молекул, но и ускоряются настолько, что могут сталкиваться с другими молекулами, главным образом молекулами азота, и тогда атомы азота начинают испускать свет. Некоторые ученые считают, что спрайты — это коллективное излучение сталкивающихся молекул. Однако полный механизм возникновения спрайтов гораздо сложнее, чем предполагает эта модель. Кроме того, ученым еще предстоит объяснить различные формы спрайтов и эльфов — кольцевых структур, которые расходятся от спрайтов.

Правда ли, что молниеотвод защищает здание от удара молнии, и если да, то каким образом? Увеличивает ли молниеотвод вероятность удара молнии в здание? Каким должен быть верхний конец молниеотвода — острым или тупым?

ОТВЕТ • Основная цель молниеотвода — обеспечить ионизацию воздуха, плавное стекание заряда и недопущение удара молнии. Если удар молнии все же произошел, молниеотвод обеспечивает току короткий и простой путь до земли. Для этого нужно, чтобы он не закончился в верхнем, сухом слое земли, а достал до более глубокого, влажного и лучше проводящего ток. (Разработаны специальные правила устройства молниеотводов; в землю он должен заглубляться на 2–2,5 м.) Молниеотвод не действует, когда ступенчатый лидер возникает где-то у основания облака, фактически он не действует до тех пор, пока ступенчатый лидер не подойдет близко к земле, лишь тогда от молниеотвода вверх навстречу лидеру отправляется восходящий стример (вдоль которого происходит ионизация). Их встреча замыкает путь, вдоль которого происходит ионизация, и, соответственно, между землей и основанием тучи перетекает заряд. Можно надеяться, что в этом случае возникающий при разряде ток не проникнет внутрь здания или в его стены, где он мог бы убить находящихся там людей или вызвать пожар.

Чтобы молниеотвод сработал, он должен возвышаться над самой высокой точкой здания. Как правило, молниеотвод обеспечивает защиту в пространстве, ограниченном поверхностью перевернутого конуса с вершиной на кончике молниеотвода и углом при вершине около 90° (существуют правила по расчету этого угла в зависимости от высоты молниеотвода и надежности защиты). Любой ступенчатый лидер, попадающий в этот воображаемый конус, предположительно ударит в молниеотвод, а не в здание.

В прошлом считалось, что для притягивания молнии верхний кончик молниеотвода нужно заострить. Это обосновывали тем, что на остром конце создается большая напряженность электрического поля, чем на тупом конце. Поскольку сильное электрическое поле может увеличить шансы восходящего стримера подняться и встретиться со ступенчатым лидером, можно сделать вывод, что острый конец предпочтительнее. Однако существует и противоположное мнение: острый конец увеличивает ионизацию молекул воздуха вокруг молниеотвода, что уменьшает шансы возникновения восходящего стримера.

Эксперименты с молниеотводами трудно проводить, поскольку лабораторные условия никогда в точности не воспроизводят естественные условия, а в природе они зависят от случайного удара молнии. Однако эксперименты показывают, что молния чаще ударяет в молниеотводы со слегка затупленными концами, чем в остроконечные, — по-видимому, именно из-за высокой ионизации и стекания заряда с острия.

Если вы, работая на компьютере, начнете снимать свитер, компьютер может выйти из строя. Если ребенок на детской площадке съедет с пластиковой горки и потом прикоснется к кому-нибудь, он может получить чувствительный удар током. Если хирург, приступая к операции, не наденет правильную обувь, пациент от его прикосновения может пострадать. В чем опасность таких ситуаций и почему она уменьшается при высокой влажности воздуха?