Рис.1. Контури блискавки і шпиля Останкінської телевежі під час грози 24 липня 2001 року.

Рис.2. Схематичне зображення кадру № 9 того ж фільму, на якому суцільна стрічка блискавки починає розпадатися.

Рис.3. Схематичне зображення кадру № 14 підтверджує, що суцільна лінійна блискавка перетворилася в гірлянду намистин, або чоток, яку невидима силова струна утримує на місці, опираючись силі ураганного вітру.

Наука і життя // Ілюстрації

Наука і життя // Ілюстрації

<

>

Вдень 24 липня 2001 роки над Москвою вибухнув шторм такої сили, яка, за статистикою, буває лише двічі в сторіччя. Перед цим денна температура повітря в Москві два тижні трималася близько 30o С. Шторм тривав майже півтори години, але вже на його початку швидкість вітру піднялася до 25 м / с. Почалася гроза з дощем, температура повітря за півгодини впала з 31 до 18oС. Розряди блискавок виникали на висоті 400-500 метрів, вітер на території міста вирвав з коренем більше десяти тисяч дерев.

На наступний день московський телеканал НТВ продемонстрував відеофільм, який показав, як під час цього шторму яскрава лінійна блискавка б'є в шпиль Останкінської телевежі на висоті 533 метрів. Відомо, що якщо швидкість вітру у землі дорівнює 25 м / с, то на рівні шпиля вона досягає 43 м / с (див. "Наука і життя" № 11, 1966 р "Будується телевежа"). Блискавка знята оператором телебачення з відстані близько 700 метрів з частотою 25 кадрів в секунду. Розміри блискавки можна оцінити з точністю ± 20%, порівнюючи їх з відомими розмірами елементів вежі, чітко видними на кожному кадрі. Студія НТВ люб'язно надала нам можливість досліджувати кілька кадрів цього фільму. Результати дослідження наводяться нижче.

Спочатку блискавка піднялася по прямій лінії з шпиля, і її вершина повернула вліво. Це добре видно на першому кадрі, чи не показаному тут. Довжина прямої частини блискавки близько 10 метрів, ширина - 0,25 метра. Час першого кадру будемо вважати початком відліку (рівним нулю). У кадрі № 2 зображення блискавки прийняло обриси безперервної стрічки (рис. 1). Тут показаний майже горизонтальну ділянку блискавки, з'єднаний зі шпилем. Його довжина в площині зображення близько 47 метрів. Середній діаметр блискавки, який вимірюється по ширині стрічки, становить метр, а граничні значення - від півметра до трьох метрів.

Через 0,375 секунди (кадр № 9) блискавка розпалася на частини (рис. 2). Світіння зникло на ділянці довжиною 2 метри, що примикає до шпиля. Чотири аналогічних розриву виникли в світінні блискавки на відстанях приблизно 3; 7; 17,5 і 20 метрів від шпиля. Середня довжина розривів і ширина залишилися частин блискавки становили близько півметра.

Потім блискавка перетворилася в гірлянду з окремих намистин, яскраво світяться на тлі потемнілого денного неба і добре помітних на екрані телевізора. При детальному вивченні кадру № 14 (рис. 3) виявилося, що ця гірлянда складається з 27 намистин, або чоток. Якщо не брати до уваги трьох найдовших розривів між ними, середній крок гірлянди дорівнював 1,69 метра. Середня довжина темного проміжку між намистинами склала r = 1 метр. Середні довжина і ширина намистинки рівні 0,65 і 0,41 м відповідно, а площа бічного перетину намистинки дорівнює S = 0,41x0,65≈27 м2. На 15-му кадрі залишилася лише одна намистинка в 33 метрах від шпиля. Вона змістилася на 1,23 метра від сліду вихідної блискавки. На кадрі № 16 зникли всі намистинки, тобто блискавка "згасла" через час рівне (1/25) x15 = 0,625 секунди після свого народження.

Вражаюче, наскільки добре збігаються результати миттєвого спостереження уважного людини, зроблені ним в грозу неозброєним оком (див. Beadle D. GA Curious After-Effect of Lightning. "Nature", January 18, 1936, v. 137, p. 112), з нашими вимірами, зробленими в спокійній обстановці за "застиглим" кадрам відеофільму. Оскільки на цю роботу посилаються як на першоджерело у всіх книгах по четочная блискавки (див. Наприклад, Barry JD Ball lightning and bead lightning. New York and London, Plenum Press, 1980.298 p., Російський переклад: Баррі Дж. Кульова і четочная блискавки. - М .: Мир, 1983), процитуємо її практично цілком.

"Цікаве спостереження було зроблено під час грози, яка вибухнула над Іоганнесбурге 5 грудня 1935 р Буря, яка супроводжувалася дощем, була жорстокої з трапилися за кілька останніх років.

У самому розпалі бурі особливо яскравий спалах вдарила в землю в сотні ярдів (1 ярд = 0,91 м) від спостерігача; спалах, здавалося, була приблизно в один фут (1 фут = 0,30 м) шириною і існувала, принаймні, протягом однієї секунди. Після того як спалах згасла, залишилася низка яскраво світяться намистин уздовж її сліду, яка була, скажімо, три дюйми в діаметрі. Відстані між намистинками були наче майже однаковими і дорівнювали, здавалося, приблизно двом футів. Вони залишалися видимими приблизно половину секунди; протягом цього часу вони не подавали ознак будь-якого руху ".

Але повернемося до результатів наших спостережень. Якщо поєднати кадри № 9 (з вихідним зображенням блискавки) і № 14, контури намистин на чотирнадцятому кадрі або повністю співпадуть з вихідним зображенням, або змістяться від нього не більше ніж на метр. Припустимо, що кожна намистинка становить єдине ціле з тим повітрям, в якому вона виникла. Припустимо також, що темні проміжки між намистинками і є той незбурених повітря, який послужив вихідним матеріалом як для блискавки, так і для її залишку - бусинок. Тоді ураганний вітер мав би віднести намистинки від шпиля вежі на відстань 43 м / с x (14-9) / 25 з-1≈9 м.

Але настільки велика розбіжність зображень було б прекрасно помітно при поєднанні кадрів, в якій би площині ні зміщувалися намистинки, зносяться вітром.

Залишається припустити не тільки те, що намистинки є інший, ніж повітря, матеріал, але і те, що контур їх світіння обмежує обсяг деякого тіла, межі якого люто опираються впливу урагану. На висоті шпиля вежі на кожну намистинку діє сила швидкісного напору вітру, рівна F = (pv2 / 2) x S ≈ (1,3x432 / 2) x0,27≈324 Н (32 кгс), де p ≈1,3 кг / м3 - щільність повітря. Але навіть вона не може зрушити намистинки з місця, зайнятого ними в гірлянді.

Протистояти силі урагану здатна лише рівна їй електрична сила, яка діє на середній відстані r = 1 метр між намистинками. Її поле має напруженість близько # 4 #

де # 5 #

- електрична постійна. Щоб створити таке поле, напруга між намистинками має бути близько V = E x r ≈1 600 000 вольт. Це величезна величина, якщо порівнювати її c напруженнями, що діють в оточуючих нас електричних машинах.

Таким чином, гірлянда намистин, або четочная блискавка, чинить опір силі вітру, як струна, туго натягнута між грозовою хмарою і шпилем башти. Роль струни грають потужні електричні сили, обмежені в просторі тим каналом, який їм підготувала розпадається блискавка. Але що змусило блискавку розділитися на десятки регулярних періодів, складених з пари: світиться намистинка - темний проміжок, поки залишається загадкою.