Как люди защищались от молний

В мире от ударов молнии в год происходит 24 тыс. смертей, а количество травм в десять раз больше, утверждают исследователи из Университета штата Юта в США.

Исследователи поясняют, что каждую секунду по всему миру ударяет около 50 молний, и 20% из них попадают в землю. При этом температура в месте попадания чрезвычайно высока и достигает около 30 тыс.°C. Для сравнения, температура на поверхности Солнца составляет около 5500°C.

Причины возникновения молнии и способы защиты от неё занимали человечество с незапамятных времён. В библии написано в книге Псалмов:

«Голос грома Твоего в колесе молнии, взволновалась земля и сотряслась земля».

В Древней Греции молния была оружием Зевса, старшего бога Олимпа в греческой мифологии. Молнии считались проявлением гнева богов, поэтому место, в которое ударяла молния, становилось священным. Греки и римляне в древности строили на этих местах храмы и поклонялись в них богам, пытаясь умилостивить их гнев.

До середины XVIII века явление молнии и способ защиты от неё оставались нерешённой загадкой, пока не появился американский государственный деятель, писатель, учёный и изобретатель, один из подписавших Декларацию независимости США Бенджамин Франклин.

Ещё до Франклина знали о сходстве между электрической искрой и молнией, «но только Франклин убедительно показал, что молния — это электрическое явление, и облако может накапливать электрический заряд», — писал Феликс Дотан, профессор физики Еврейского университета в своём труде «Лифт Эйнштейна», в главе «Франклин — человек, приручивший молнию».

В 1749 году Франклин подробно описал в своём дневнике сходные свойства электрической искры и молнии.

«Оба излучают свет одного цвета и оба имеют извилистый путь и быстрое движение. Оба проходят сквозь металлы, оба вызывают шум и могут ломать предметы, а также способны убивать животных или людей и поджигать горючие материалы».

Обобщивв известное, Франклин добавил своё новшество: поскольку электрический ток (жидкость) притягивается к заострённым предметам, то есть большая вероятность, что к ним притягивается и молния, хотя мы пока не знаем, существует ли в ней такое свойство.

Поэтому Франклин задумал эксперимент.

«Франклин решил проверить, способен ли заострённый металлический стержень, расположенный в самой высокой точке здания, получать электричество из облака», — пишет Дотан, цитируя Франклина.

Франклин задался вопросом: «Будут ли эти стержни, прикреплённые к земле металлической проволокой, медленно извлекать электрический огонь из облака ещё до того, как сверкнула молния, и таким образом они уберегут нас от беды?»

Он предложил построить высокую башню, из которой торчал бы железный прут высотой не менее 10 метров. Тот, кто проведёт эксперимент, «приблизит к железный пруту провод, соединённый с землёй. Если железный прут наэлектризовался под воздействием облака, то от него к проводу вырвется искра.

Рекомендуется держать провод при помощи восковой ручки во избежание опасности поражения электрическим током». Сам Франклин эксперимент не проводил, так как в те времена в Филадельфии не было достаточно высокой башни.

Драматический эксперимент, предложенный Франклином, был проведён демобилизованным солдатом из армии Его Величества Людовика XV в мае 1752 года под руководством французского физика Тома Франсуа Далибара.

Эксперимент проводился в селении Мерли, примерно в 40 км к северу от Парижа:

«Когда в два часа дня послышался раскат приближающейся бури, солдат поднял пустую бутылку, к которой была привязана проволока, соединённая с землёй. Когда он приблизил проволоку к железному стержню, от проволоки к стержню стали прыгать искры […] Солдат, не знавший страха даже перед вооружёнными врагами на поле боя, выбросил бутылку из рук и убежал».

Место солдата занял местный священник, который сообщил:

«Я повторил опыт шесть раз. Наконец, я коснулся рукой железного прута и почувствовал сильный толчок. Я бы сделал это снова, но тем временем буря утихла».

Другим человеком, который провёл подобный эксперимент, но не знал об опасности этих экспериментов, был профессор Рихман в Санкт-Петербурге. Его ассистент Соколов рассказал об эксперименте в письме Франклину:

«Я видел, как шар сине-белого огня, около 10 см в диаметре, прыгнул с шеста на лоб профессора Рихмана. Он упал на спину, не сказав ни слова. Сразу после этого раздался страшный взрыв силой пушечного выстрела, который также повалил меня на землю. Я нашёл профессора мёртвым на полу».

Сам Франклин провёл свой знаменитый опыт с воздушным змеем, привязанным к нему ключом, в июне 1752 года. Этот опыт описал английский химик Джозеф Пристли (1733–1804), открывший элемент кислород.

«После изготовления воздушного змея Франклин ждал грозы. Опасаясь насмешек, неизбежных при провале научного эксперимента, он рассказал об эксперименте только своему сыну, который помог ему поднять воздушного змея. После того как воздушный змей взлетел, прошло значительное время, прежде чем появились какие-либо признаки того, что его ударило током. В конце концов он увидел, что некоторые волокна, отделившиеся от нити, выпрямились и отдалились друг от друга, как это получается в лабораторных экспериментах. Воодушевлённый этим явлением, он поднёс кулак ближе к ключу, привязанному к концу верёвки. Читатель может представить его безмерную радость, когда ему в руку прыгнула сильная искра».

Дотан добавляет, что ряд исследователей, пытавшихся повторить этот эксперимент, были убиты.

Результатом всех этих опытов стал «громоотвод», простое устройство из металлического стержня с высокой электропроводностью и заострённым концом. Столб обычно монтируется на крыше высотного здания и соединяется с землёй через заземление.

Его функция, как показал Франклин, заключается в постепенном отводе электрического заряда от облака, таким образом предотвращая повреждения от ударов молнии. Недостаток — он присоединяется к зданию на относительно небольшой высоте. Именно поэтому учёные продолжают искать новые способы нейтрализации поражения молнией.

В начале 1960-х годов учёные попробовали другой метод: запуск ракет в грозовые облака, из которых свисали металлические провода, предназначенные для притягивания электрического заряда от облаков к земле. Этот метод до сих пор используется на исследовательской станции Университета Флориды в США.

Проблема в том, что такой метод может быть пригоден для исследований, но не эффективен для повседневного использования. Каждая ракета стоит около $1200, их можно запускать с ограниченной частотой, а количество неудачных запусков составляет около 40%. Также ракеты, отправленные на высоту, падают потом на землю и могут представлять опасность для населённых пунктов.

И вот в 1990-х годах исследователи начали проводить эксперименты с использованием лазерных лучей для отвода электрического тока от облаков. Метод увенчался успехом в опытах с искусственной молнией, но пока не опробован в настоящей грозе. Жан-Пьер Вольф, исследователь из Женевского университета, и его коллеги недавно запустили серию импульсов высоковольтного лазерного луча с горы Сантис в Швейцарии, рядом со 124-метровой башней, оснащённой стандартным металлическим разрядником.

В течение трёх месяцев лазерные лучи мощностью 1 тераватт направлялись вверх в часы, когда случались грозы — эксперимент, который в общей сложности занял 6,3 часа. За это время в башню ударило не менее 16 молний. Вольф и его коллеги зафиксировали пути четырёх ударов молнии, от металлического стержня по пути импульсов лазерного луча с помощью высокоскоростных камер, специального метода измерения, называемого интерферометрией, и детектора рентгеновского излучения.

Как объясняет Крис Скотт, профессор физики космоса и атмосферы из Университета Рединга в Великобритании: лазерные лучи оставляют за собой след из ионов (атомов с электрическим зарядом). Электрический заряд, приводящий в движение молнию, тот самый, который «стремится» разрядиться на землю, стягивается на пути этих ионов и фактически проходит сквозь них.

Идея состоит в том, что лазерные лучи будут работать, когда буря находится в стадии образования. Они заставят молнию следовать по их пути и таким образом создадут безопасное расстояние от того, что вы хотите защитить.

«Но всё ещё необходимо провести тщательную оценку безопасности, и это может не подойти для застроенных территорий», — добавляет профессор Скотт.

Мартин Уман, профессор электротехники в Университете Флориды в США, специализирующийся на исследованиях молний, добавил, что эксперимент действительно важен и является первым в своём роде, но необходимо убедиться, что лазерный луч действительно является тем, что ведёт молнию.

«Неясно, создаёт ли взаимодействие лазерных лучей [с облаками] полный стимул для молнии, как в случае с ракетой и металлической проволокой. Возможно, что взаимодействие с лазерными лучами служит только для создания естественного и прямого пути в 100 метров вверх от башни. Поэтому понятно, что требуются дополнительные эксперименты, но этот эксперимент — отличное начало».

Vk Telegram Facebook Twittern Od Email

Поддержите нас!

Каждый день наш проект старается радовать вас качественным и интересным контентом. Поддержите нас любой суммой денег удобным вам способом!

Поддержать