Когда на небе сгущаются тучи и воздух становится напряженным, многие из нас чувствуют: гроза приближается. И вот — вспышка света рассекает небо, а через несколько секунд раздается грохот, от которого дрожат окна. Молния и гром — зрелище завораживающее, но за этой красотой скрываются точные физические процессы. Давайте разберемся, что на самом деле происходит в небе во время грозы.
Что такое молния?
Молния — это мощный электрический разряд, который возникает в атмосфере между облаками, внутри облака или между облаком и землей. Но чтобы понять, откуда она берется, нужно заглянуть внутрь грозового облака.
Такое облако называется кучево-дождевым или по-научному — Cumulonimbus. Оно может вырастать в высоту до 18, а иногда и до 21 километра — это почти как два Эвереста друг на друге. Внутри облака бурлит настоящая стихия: восходящие и нисходящие потоки воздуха гоняют частицы воды, льда и града вверх и вниз с бешеной скоростью. Они сталкиваются, трутся друг о друга и накапливают электрический заряд, примерно, как одежда после стирки.
В результате верхняя часть облака заряжается положительно, а нижняя — отрицательно. Земля внизу реагирует, как гигантский проводник, и под грозовым облаком накапливаются положительные заряды. Между этими зонами образуется напряжение, и не просто большое, а до 300 миллионов вольт. Для сравнения: розетка в вашем доме дает 220 вольт. Теперь понятно, почему молния — это не шутка.
Когда напряжение превышает критический предел, происходит пробой воздуха — а это и есть молния.
Для понимания, электрический пробой воздуха — это явление, при котором воздух, обычно являющийся хорошим изолятором, становится проводящим из-за воздействия высокого электрического поля. Это происходит, когда напряженность электрического поля превышает критическое значение, называемое напряжением пробоя. В этот момент происходит ионизация воздуха, и возникает токопроводящий канал, что позволяет электрическому току протекать через ранее непроводящую среду.
По сути, молния — это искровой разряд длиной в километры, который кратчайшим путем соединяет участки с разным электрическим зарядом.
Какие бывают молнии?
Мы привыкли думать, что молния — это просто зигзаг с неба на землю. Но на самом деле молний несколько типов:
- Внутриоблачные — самые частые, их больше 70%. Мы их можем не видеть, если облако закрывает вспышку.
- Межоблачные — когда молния перескакивает с одного облака на другое.
- «Облако — земля» — те, что мы чаще всего наблюдаем и боимся. Именно они могут поражать деревья, дома, машины и людей.
Редкие и экзотические молнии:
- Спрайты — красные всплески в верхних слоях атмосферы.
- Синие струи — узкие синие молнии, направленные вверх.
- Эльфы — кольцеобразные вспышки на высоте более 100 километров над землей.
Они настолько необычны, что долгое время ученые считали их мифами, до тех пор, пока их не зафиксировали спутники и пилоты самолетов.
Почему молния может бить в землю?
Когда нижняя часть облака накопила огромный отрицательный заряд, он «тянется» к положительным зарядам на земле. В какой-то момент начинается лидер — невидимый тонкий поток заряженного воздуха, который устремляется вниз со скоростью до 300 километров в секунду. Одновременно с земли навстречу ему может подниматься стример — тонкая нить положительного заряда. В момент их встречи происходит главный разряд, сопровождающийся яркой вспышкой. Это и есть та самая молния, которую мы видим.
Интересный факт: молния может путешествовать не только вертикально, но и вбок — до 10 километров от основного облака. Именно поэтому нельзя стоять под открытым небом даже если гроза кажется далекой.
Температура молнии: горячее Солнца!
Температура в канале молнии может достигать 30 000 градусов цельсия. Это в пять раз горячее, чем поверхность Солнца! Из-за такой температуры воздух вокруг мгновенно расширяется и создает ударную волну — гром.
Что такое гром?
Гром — это звук, создаваемый взрывным расширением воздуха, который резко нагревается при прохождении молнии. Он похож на ударную волну, как при взрыве. Но почему он звучит по-разному?
- Если молния близко, гром будет звучать как резкий треск или удар;
- Если молния далеко, гром становится раскатистым, может длиться несколько секунд. Это потому, что звук отражается от облаков, зданий и рельефа, и мы слышим его «эхо».
Также, потому что молния — это не одна точка, а длинный канал, мы можем слышать звуки от разных ее участков с небольшой задержкой, и потому гром кажется растянутым.
Интересный факт: если вы видите молнию и через 5 секунд слышите гром — значит, гроза находится примерно в полутора километрах от вас. Каждые 3 секунды задержки равно примерно 1 километр расстояния.
Почему во время дождя чаще всего возникает молния?
Дождь сам по себе не вызывает молнию, но является частью грозовой системы. Для образования молний нужны:
- Мощное кучево-дождевое облако;
- Высокая влажность;
- Сильные восходящие потоки воздуха;
- Перепады температуры.
Все это встречается в условиях грозы. Поэтому дождь часто сопровождает молнии и гром. Однако бывает и сухая гроза, когда молния сверкает, но дождь не долетает до земли, испаряясь по пути.
Опасна ли молния?
Очень. Несмотря на то, что шансы быть пораженным молнией малы, это реальная угроза. Каждый год молнии убивают около 24 000 человек по всему миру и ранят еще около 240 000 человек. Особенно опасно находиться в воде, на открытом пространстве, под деревьями или на вершинах холмов.
Молния может ударить:
- В автомобиль (который, кстати, довольно безопасен из-за металлической оболочки);
- В башни, дома, антенны;
- В людей, особенно тех, кто держит металлические предметы, зонт или телефон.
Молнии на других планетах.
Да, молнии не только на Земле! Например:
- Юпитер — рекордсмен по грозам. Его молнии могут быть в тысячу раз мощнее земных;
- Сатурн — молнии здесь возникают в гигантских бурях, иногда длятся по несколько месяцев;
- Венера — молнии там возникают из-за активности серной кислоты и вулканизма;
- Даже на Марсе возможны электростатические разряды в пылевых бурях.
Это значит, что электрические разряды — универсальное явление не только на Земле, но и в космосе.
Итак, молния — это не просто «бабах с неба». Это результат сложных физических процессов, где сталкиваются облака, электроны, температура и вода. А гром — голос этой стихии. Каждый раскат напоминание о том, насколько мощной и одновременно красивой может быть природа. Теперь, когда вы в следующий раз услышите грохот и увидите вспышку, вы будете знать: в этот момент в небе произошел настоящий электрический взрыв. И вы были свидетелем одного из самых древних и величественных явлений на нашей планете.
