Заключение

Страх и любопытство пробуждались у наших далеких предков, встречающихся с электричеством и магнетизмом, каждый раз скрывавшимся под новой, еще более таинственной маской. Но каждая маска была замечена, распознана зоркостью и памятью поколений… Маски кружились, кружились вокруг в диком хороводе, пока человек не сказал им: «Откройтесь!» И осталось только две маски: Электричество и Магнетизм, а все остальные были порождением их…

В. Карцев. Приключения великих уравнений

Мы буквально плывем в океане электрической энергии, купаясь в электромагнитных волнах. Иногда бушующее электрическое море выплескивает такие необычные сюжеты, что они составят честь перу завзятого романиста. Вот, к примеру максимум грозовой активности в средних широтах часто приходится на праздник Ивана Купалы – 7 июля. В это время нередки сильные молниевые разряды, а воздух кажется насыщенным атмосферным электричеством. Часто именно тогда можно наблюдать редкое природное явление – шаровую молнию. А с другой стороны, народное поверье гласит, что в купальную ночь легко найти сокрытые в сырой земле клады, и поможет в этом сказочная Жар-птица или огненный цветок распустившегося папоротника.

Так из глубины седых веков наши предки изустной традицией могли передавать важные закономерности различных природных явлений, ведь электрофизика легко может объяснить повышенную электрическую активность над местом, где находятся металлические предметы – монеты и украшения. Ведь любая молния, будь то шаровая или всем нам привычная линейная – это пучок электричества. А к чему тянется электричество? Конечно же, к предметам, являющимся хорошими проводниками. В данном случае роль проводника и исполняет наш пресловутый клад. Давно известны случаи, когда во время грозы удары молний приходились именно в места скрытых сокровищ – курганов и древних захоронений. Поэтому на поверхности курганов часто можно видеть выжженные проплешины от ударов молний.

Но и сегодня не иссякает поток загадок стрел Перуна. Примером может служить таинственная «темная молния». Предполагают, что эти невидимые разряды происходят на самой границе атмосферы и выводят из строя оборудование космических аппаратов.

Согласно предлагаемой исследователями модели, в противоположность обычным молниям, когда перенос электрических зарядов либо с облака на землю, либо в другую часть облака производится медленными электронами, в темной молнии перенос заряда осуществляется высокоскоростными электронами. При их столкновениях с молекулами воздуха рождаются гамма-кванты, которые в свою очередь рождают электрон-позитронные пары. В свою очередь при столкновении позитронов с молекулами воздуха они аннигилируют и порождают новые гамма-кванты, которые регистрируются датчиками как гамма-вспышки земного происхождения, а также являются причиной временного выхода из строя датчиков на спутниках. Процесс разряда накопившейся электростатической энергии в атмосфере Земли с помощью «темных молний» происходит значительно быстрее, чем с помощью обычных.

Все это позволяет с учетом последних экспериментальных данных и основанных на них компьютерных моделях создать новое описание глобальной атмосферной электрической цепи. Установлено, что электрическая энергия генерируется преимущественно в областях пониженного атмосферного давления и в зонах холодных фронтов и на два порядка выше энергии, сосредоточенной в глобальном сферическом конденсаторе земля-ионосфера.

Так перед нами возникает парадоксальная картина бушующего океана электрической энергии, подпитываемого грозами с молниевыми штормами и потоками космической плазмы, подгоняемой порывами солнечного ветра.

Словарь терминов

Аннигиляция – процесс, при котором частица и ее античастица, сталкиваясь, взаимно уничтожают друг друга.

Антициклон – область в атмосфере, характеризующаяся повышенным давлением воздуха. На картах распределения давления он представляется концентрическими замкнутыми изобарами (линиями равного давления) неправильной, приблизительно овальной формы. Наивысшее давление – в центре антициклона, оно убывает к периферии.

Античастица – у каждой частицы материи есть соответствующая античастица. При соударении частицы и античастицы происходит их аннигиляция, в результате которой выделяется энергия и рождаются другие частицы.

Атмосфера Земли (от греч. atmos – пар и sphaira – шар) – газовая оболочка, окружающая Землю. Атмосферой принято считать ту область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с Землей как единое целое. Атмосфера обеспечивает возможность жизни на Земле и оказывает большое влияние на разные стороны жизни человечества.

Атмосферное давление – гидростатическое давление, оказываемое атмосферой на все находящиеся в ней предметы. Атмосферное давление – важнейшая характеристика состояния атмосферы; в каждой точке атмосферы оно определяется весом вышележащего воздуха.

Атмосферное электричество – совокупность электрических явлений и процессов в атмосфере. Раздел физики атмосферы, изучающий электрические явления в атмосфере и ее электрические свойства. При исследовании атмосферного электричества изучают электрическое поле в атмосфере, ее ионизацию и проводимость, электрические токи в ней, объемные заряды, заряды облаков и осадков, грозовые разряды и многое другое. Все проявления атмосферного электричества тесно связаны между собой, и на их развитие сильно влияют метеорологические факторы – облака, осадки, метели и т. п. К области атмосферного электричества обычно относят процессы, происходящие в тропосфере и стратосфере.

Атом – наименьшая частица обычного вещества. Атом состоит из крошечного ядра (составленного из протонов и нейтронов) и обращающихся вокруг него электронов.

Аэрономия (от аэро- и от греч. – nomos – закон) – наука, изучающая физические и химические процессы в верхних слоях атмосфер планет, в том числе и земной ионосферы на высотах от пятидесяти до пятисот километров, где процессы диссоциации и ионизации газов имеют доминирующее значение.

Вихревые токи или токи Фуко (Фуко, Жан Бернар Леон (1819–1868) – знаменитый французский физик и астроном) – замкнутые электрические токи в массивном проводнике, которые возникают при изменении пронизывающего его магнитного потока.

Воздушные массы – части нижнего слоя атмосферы – тропосферы, горизонтальные размеры которых соизмеримы с большими частями материков и океанов. Каждая воздушная масса обладает определенной однородностью свойств и перемещается как целое в одном из течений общей циркуляции атмосферы. При этом они разделены пограничными зонами – фронтами. Расчленение тропосферы на воздушные массы непрерывно меняется: в сложной системе воздушных течений они перемещаются из одних областей Земли в другие, меняя при этом свои свойства, исчезая и формируясь заново.

Гром – звуковое явление в атмосфере, сопровождающее разряд молнии; вызывается колебаниями воздуха под влиянием мгновенного повышения давления на пути молнии. Раскаты грома объясняются тем, что молния имеет большую длину, и звук от разных ее участков доходит до уха наблюдателя неодновременно, а также отражениями звука от облаков.

Ионы – электрически заряженные частицы, образующиеся при потере или присоединении электронов (или других заряженных частиц) атомами или группами атомов. Такими группами атомов могут быть молекулы, радикалы или другие ионы. Понятие и термин «ион» ввел в 1834 году Майкл Фарадей, который, изучая действие электрического тока на водные растворы кислот, щелочей и солей, предположил, что электропроводность таких растворов обусловлена движением ионов. Положительно заряженные ионы, движущиеся в растворе к отрицательному полюсу (катоду), Фарадей назвал катионами, а отрицательно заряженные, движущиеся к положительному полюсу (аноду), – анионами.

Ионизация – образование положительных и отрицательных ионов и свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул.

Ионосфера – ионизированная часть верхней атмосферы; расположена выше 50 км. Верхней границей является внешняя часть магнитосферы. Представляет собой природное образование разреженной слабоионизированной плазмы, находящейся в магнитном поле Земли и обладающей благодаря своей высокой электропроводности специфическими свойствами, определяющими характер распространений в ней радиоволн и различных возмущений.

Квант – минимальная порция, которой измеряется испускание или поглощение энергии. Квант электромагнитного поля – фотон.

Магнитное поле – поле, создающее магнитные силы. Магнитное поле и электрическое объединяются в единое понятие – электромагнитное поле.

Молния – гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, проявляющийся обычно яркой вспышкой света и сопровождающим ее громом. Наиболее часто возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда образуются в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Парниковый эффект – свойство атмосферы пропускать солнечную радиацию, но задерживать земное излучение и тем самым способствовать аккумуляции тепла Землей. Земная атмосфера сравнительно хорошо пропускает коротковолновую солнечную радиацию, которая почти полностью поглощается земной поверхностью. Нагреваясь за счет поглощения солнечной радиации, земная поверхность становится источником земного, в основном длинноволнового, излучения, прозрачность атмосферы для которого мала и которое почти полностью поглощается в атмосфере.

Плазма – частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы. При достаточно сильном нагревании любое вещество испаряется, превращаясь в газ. Если увеличивать температуру и дальше, резко усилится процесс термической ионизации, т. е. молекулы газа начнут распадаться на составляющие их атомы, которые затем превращаются в ионы. Ионизация газа, кроме того, может быть вызвана его взаимодействием с электромагнитным излучением (фотоионизация) или бомбардировкой газа заряженными частицами.

Плазменный реактор (плазмотрон) – узел плазмохимического или плазменного металлургического агрегата, в котором осуществляются процессы тепло- и массообмена и химические реакции с участием низкотемпературной плазмы. Плазмотроном называют не только отдельные узлы, но и плазменные агрегаты в целом. Основные требования к плазмотронам состоят в получении достаточно полного смешения реагентов; в обеспечении требуемой протяженности зоны взаимодействия; в создании условий эффективного тепло- и массообмена при минимальных теплопотерях. Если для генерации плазмы применяются высокочастотные индукционные плазмотроны, то возможно совмещение реакционной зоны с объемом разряда, струйные плазмотроны, в которых плазму получают в виде сформированной струи, подразделяются на прямоточные и со встречными струями. Увеличение времени контакта реагирующих веществ и интенсификация тепло- и массообмена по сравнению с простейшими струйными прямоточными плазмотронами достигается при схеме встречных струй, а в плазмотронах так называемого циклонного типа – при наложении на объемный высокочастотный разряд постоянных электрического и (или) магнитного поля.

Поле – нечто, существующее во всех точках пространства и времени, в отличие от частицы, которая существует только в одной точке в каждый момент времени.

Протон – положительно заряженная частица. Протоны образуют примерно половину всех частиц, входящих в состав ядер большинства атомов.

Сверхпроводимость – состояние, в которое при низкой температуре переходят некоторые твердые электропроводящие вещества. Сверхпроводимость была обнаружена во многих металлах и сплавах и в некоторых полупроводниковых и керамических материалах, число которых все возрастает. Два из наиболее удивительных явлений, которые наблюдаются в сверхпроводящем состоянии вещества, – исчезновение электрического сопротивления в сверхпроводнике и выталкивание магнитного потока из его объема. Первый эффект интерпретировался ранними исследователями как свидетельство бесконечно большой электрической проводимости, откуда и произошло название сверхпроводимость.

Солнечный ветер – постоянно существующий поток солнечной плазмы, заполняющий все межпланетное пространство вплоть до границ гелиосферы.

Спектр – расщепление волны (например, электромагнитной) на частотные компоненты.

Стратосфера – слой атмосферы между тропосферой и мезосферой (от 8–16 до 45–55 км), температура в стратосфере в общем растет с высотой. Газовый состав воздуха в стратосфере сходен с тропосферным, но в нем меньше водяного пара и больше озона с наибольшей концентрацией в слое от 20 до 30 км. Тепловой режим стратосферы в основном определяется лучистым теплообменом, в меньшей степени – вертикальными движениями и горизонтальным переносом воздуха.

Стримеры – узкие светящиеся каналы, образующиеся внутри газа в электрическом поле при давлениях, близких к атмосферному и более высоких, в стадии, предшествующей электрическому пробою этого газа. Возникнув, они удлиняются с большой скоростью, во много раз превосходящей скорость движения заряженных частиц между электродами. Объясняется это фотоионизацией, происходящей в сильном электрическом поле, создаваемом пространственным зарядом. По структуре стримеры во многом сходны с лидерами молний.

Тропосфера – нижняя, преобладающая по массе часть земной атмосферы, в которой температура понижается с высотой, простирается в среднем до высот 8–10 км в полярных широтах, 10–12 км в умеренных, 16–18 км в тропических. Над тропосферой располагается стратосфера, от которой она отделена сравнительно тонким переходным слоем – тропопаузой. В тропосфере сосредоточено более всей массы атмосферного воздуха. Среднее атмосферное давление на верхней границе в умеренных широтах менее атмосферного давления у земной поверхности. Самые высокие горы остаются в пределах тропосферы, вся деятельность человека проходит в тропосфере, только космический и воздушный транспорт выходит за ее пределы – в стратосферу.

Турбулентность – явление, наблюдаемое во многих течениях жидкостей и газов и заключающееся в том, что в этих течениях образуются многочисленные вихри различных размеров, вследствие чего их гидродинамические и термодинамические характеристики (скорость, температура, давление, плотность) испытывают хаотические флуктуации и потому изменяются от точки к точке и во времени нерегулярно. Этим турбулентные течения отличаются от так называемых ламинарных течений. Большинство течений жидкостей и газов в природе (движение воздуха в земной атмосфере, воды в реках и морях, газа в атмосферах Солнца и звезд и в межзвездных туманностях и т. п.) и в технических устройствах являются турбулентными.

Ускоритель частиц – устройство, которое с помощью электромагнитов дает возможность ускорять движущиеся заряженные частицы, постоянно увеличивая их энергию.

Фотоионизация – ионизация атома или молекулы при их взаимодействии с одним или несколькими фотонами.

Фотоэлектрические явления – электрические явления, происходящие в веществах под действием электромагнитного излучения.

Фотоэффект – испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения (фотонов).

Электрический заряд – свойство частицы, благодаря которому она отталкивает (или притягивает) другие частицы, имеющие заряд того же (или противоположного) знака.

Электромагнитное взаимодействие – взаимодействие, которое возникает между частицами, обладающими электрическим зарядом. Второе по силе из четырех фундаментальных взаимодействий.