Морское путешествие и в наши дни на современном лайнере может оказаться рискованным мероприятием. Стихия бывает сильнее человека и техники. А каково приходилось мореплавателям, отправлявшимся в неизведанные края на утлых парусниках? На кого было рассчитывать, к кому взывать о помощи во время страшных бурь?
С древних времен моряки Средиземноморья радовались и успокаивались, когда на мачтах парусных кораблей в непогоду появлялось необъяснимое свечение. Это означало, что их святой покровитель Эльм взял их под защиту.
Об усилении шторма говорили пляшущие, а об ослаблении — неподвижные огни святого Эльма.
Святой Эльм
День памяти католического мученика Эльма, который известен еще как Эразм (Эрмо) Антиохийский или Формийский, отмечается 2 июня. Мощи святого находятся в храме его имени в умер он в соседней Формии в 303 году. Легенда гласит, что он принял мученическую смерть — палачи намотали его внутренности на лебедку.
Этот предмет остался как атрибут святого, с которым он приходил на помощь попавшим в беду морякам.
Холодное пламя
Огонь на кончиках мачт по описаниям выглядел как пламя свечи или фейерверк, кисточки или шары бледно-голубого или фиолетового цвета. Поражает размер этих огней — от 10 сантиметров до метра! Иногда казалось, что весь такелаж покрыт фосфором и светится. Сияние могло сопровождаться звуком шипения или свиста.
Попытки отломить часть снасти и перенести пламя не удавались — с обломка огонь поднимался на мачту. От пламени ничего не загоралось, оно никого не обжигало, хотя светило довольно долго — от нескольких минут до часа и дольше.
Исторические сведения
Древние греки называли это свечение «Кастор и Поллукс», «Елена». Встречается и такое наименование огней: Corpus Santos, «Святой Гермес», «Святой Николай».
В дошедших до нас письменных источниках от Плиния Старшего и Юлия Цезаря, записках о путешествиях Колумба и Магеллана, письмах Дарвина с корабля "Бигль", сочинениях Мелвилла («Моби Дик») и Шекспира говорится о встречах мореплавателей с огнями.
Хроника кругосветного плавания повествует: «Во время тех штормов нам много раз являлся сам Святой Эльм в виде света... чрезвычайно темными ночами на грот-мачте, где оставался в течение двух и более часов, избавляя нас от уныния».
Знакомы не только морякам
Не только на кораблях, но и на шпилях и углах зданий, флагштоках, молниеотводах и других высоких предметах и сооружениях, имеющих острые окончания, загораются огни святого Эльма.
Пилотам самолетов также знакомо это явление. На винтах, заостренных кончиках крыльев и фюзеляжа пролетающего вблизи тучи лайнера могут появляться кисточкообразные разряды — огни святого Эльма. Фото Джеймса Эшби - командира экипажа, - сделанное однажды в грозу во время посадки в Пномпене, демонстрирует синее свечение на носу самолета.
Одновременно возникают сильные статические радиопомехи. Высказывалось мнение, что именно этот огонь вызвал возгорание водорода и стал причиной крушения огромного и роскошного дирижабля «Гинденбург» в мае 1937 года.
Хорошо знакомы с огнями святого Эльма альпинисты. Когда они входят в грозовое облако, над головами может появляться светящийся нимб, сияют кончики пальцев, с ледорубов стекает пламя. Наблюдатели говорят, что в грозу светятся даже макушки деревьев, рога быков и оленей, высокая трава.
Загадочные эффекты
Природа преподносит людям много интересного для разгадывания. Все знают, что такие явления, как радуга, гало (три солнца) в мороз, мираж в жару — оптические проделки атмосферы, создающей в воздухе призмы и зеркала, преломляющие и отражающие свет.
Завораживающие синие и зеленые сполохи полярного сияния создает возмущение электромагнитных полей Земли. За огни святого Эльма ответственно электричество атмосферы.
Научное объяснение
Так что из себя представляют огни святого Эльма? Какова природа этого явления? Мифология отступила перед объяснением Бенджамина Франклина, сделанным в 1749 году. Именно он описал, как молниеотвод притягивает небесный «электрический огонь» из тучи на расстоянии еще прежде, чем произойдет удар. Свечение на кончике устройства и является огнем святого Эльма.
Ионизирует воздух, вокруг остроконечных предметов концентрация ионов становится максимальной. Ионизированная плазма начинает светиться, но, в отличие от молнии, стоит на месте, а не движется.
Цвет плазмы зависит от состава ионизированного газа. Азот и кислород, из которых в основном состоит атмосфера, создают светло-голубое свечение.
Коронный разряд
Коронный, или тлеющий, разряд возникает, если потенциал электрического поля в воздухе неоднороден, а вокруг одиночного объекта становится больше 1 квольт/см. В хорошую погоду это значение в тысячу раз меньше. В начале формирования грозовых облаков оно вырастает до 5 вольт/см. Удар молнии — это разряд более, чем в 10 квольт на сантиметр.
Величина потенциала неоднородно распределяется в атмосфере — она больше возле заостренных предметов, находящихся на высоте.
Становится понятно, что близость грозы (или торнадо) создает в атмосфере потенциал, достаточный для появления ионной лавины, вызывающей голубоватое свечение заостренных предметов, находящихся на возвышении. Песчаная буря и извержение вулкана тоже ионизируют воздух и могут стать причиной этого явления.
Прирученное свечение
Современному отправляться в плавание или в полет во время грозы, чтобы посмотреть на свечение ионизированного газа, того, чем и являются огни святого Эльма. Что это такое - можно увидеть в обычной лампе дневного света, неоновой и других галогеновых лампах.
На самолетах приходится устанавливать приспособления, которые не дают атмосферному электричеству скапливаться на поверхности и создавать помехи.
Но хотя романтика и мифы сменяются обыденностью, интерес и волнение, связанные с необычными явлениями природы, не оставят человека никогда. Таинственные голубые огни святого Эльма будут будоражить воображение путешественников и заинтересованных читателей.
Текст Сергея Борисова, журнальный вариант
Огни Святого Эльма
Saint Elmo " s light s
Еще римский философ Сенека говорил, что порой «звезды словно нисходят с небес и садятся на мачты кораблей».
Древние греки называли их огнями братьев-близнецов Диоскуров - Кастора и Полидевка, покровителей моряков, а зажигала огни их сестра - прекрасная Елена. Позднее, в трудах Тита Ливия, отмечалось: когда флот Лисандра выходил в море, чтобы сразиться с афинянами, на мачтах галеры полководца вспыхнули огни, и все воины восприняли это как доброе предзнаменование.
Много позже огни Диоскуров стали именовать огнями святого Эльма, потому что они часто появлялись на шпилях собора святого Эльма в Италии. Но как бы они ни назывались, эти огни всегда были символом надежды, их появление означало, что самое страшное уже позади.
Во время плавания Христофора Колумба в Америку разразилась буря. Что было дальше, гласит предание: «Измученные тяжелой работой, напуганные молниями и свирепым океаном матросы начали роптать. Во всех своих бедах они винили Колумба, затеявшего это безумное плавание, которому нет и не будет конца. Тогда Колумб приказал всем подняться на палубу и посмотреть на мачты. На их концах светились огоньки. И возрадовались матросы, ибо поняли, что святой Эльм милостив к ним, и плавание закончится благополучно, и все останутся живы».
Огни святого Эльма как добрый знак восприняли и спутники Магеллана. Летописец первого кругосветного плавания, рыцарь Пифагетта, оставил в своем дневнике такую запись: «Во время ненастья мы часто видели свечение, которое называют огнями святого Эльма. Как-то ночью оно явилось нам подобием доброго светоча. Огни оставались на верхушке грот-мачты в течение двух часов. В разгар свирепой бури это было для нас большим утешением. Перед тем, как исчезнуть, свечение вспыхнуло так ярко, что мы были восхищены и ошеломлены. Кто-то в неверии своем воскликнул, что сейчас мы погибнем, но в то же мгновение ветер стих».
В 1622 году тысячи «святых огней» усыпали мальтийские галеры, возвращавшиеся на родной остров, а 64 года спустя «святой огонь» буквально взял в плен французский корабль, направлявшийся к Мадагаскару. Находившийся на его борту аббат Шаузи записал: «Дул страшный ветер, лил дождь, сверкали молнии, все волны морские были в пламени. Вдруг я увидел огни святого Эльма на мачтах нашего корабля. Они были величиной с кулак и прыгали по реям, а некоторые спустились на палубу. Они сверкали и не обжигали, поскольку святость их не позволяла им творить зло. Они вели себя на корабле, как дома. Они веселились сами и веселили нас. И продолжалось это до рассвета».
И еще свидетельство - капитана парохода «Моравиа» А. Симпсона, относящееся к «случаю, имевшему место у островов Зеленого мыса» 30 декабря 1902 года: «В течение часа в небе полыхали молнии. Канаты, топы мачт и ноки рей - все светилось. Казалось, на всех штагах через четыре фута повесили зажженные фонари».
Как правило, огни святого Эльма представляют собой светящиеся шары, реже они напоминают пучки или кисточки, еще реже факелы. Но как бы эти огни ни выглядели, они не имеют ничего общего… с огнем.
Это - электрические разряды, возникающие при большой напряженности электрического поля в атмосфере, что чаще всего бывает во время грозы. Обычные молнии сопровождаются оглушительным громом, ведь молния - это сильный и быстрый электрический разряд. Однако при определенных условиях происходит не разряд, а истечение зарядов. Это тот же разряд, но только «тихий», его еще называют коронным, то есть венчающим какой-либо предмет подобно короне. При таком разряде из различных острых выступов - тех же корабельных мачт, - начинают выскакивать одна за другой электрические искры. Если искр много и процесс длится более или менее продолжительно, возникает сияние.
В общем, если ваша яхта вдруг засияет, как новогодняя елка, не хватайтесь за огнетушитель. Вам повезло - это огни святого Эльма, которые всегда приносят удачу морякам. Единственная неприятность, которая вам грозит, это радиопомехи. Но это можно пережить, зрелище стоит того!
Шаровая молния
Ball - lightning
Никто не знает, что это такое - шаровая молния. Величайшие умы человечества бились над разгадкой, пытаясь создать физическую теорию возникновения и протекания этого явления, однако вынуждены были ограничиться гипотезами, которые в устах простого человека звучат так: «Возможно… нельзя исключить… если предположить…» Таких гипотез на сегодняшний день более двухсот, и есть среди них совершенно экзотические, типа: «посланцы из параллельного мира» и «сублимированное единение квазичастиц». И это при том, что давно известно, из чего шаровая молния состоит: азот, кислород, озон, пары воды и т. д. Возможно, шаровая молния - это сгусток сверхкалорийного топлива с энергией до 1 млн. Дж и мощностью взрыва равного взрыву нескольких десятков килограммов тротила. При этом небольшая плотность шаровой молнии позволяет ей парить в воздухе, а собственный источник энергии — перемещаться с весьма приличной скоростью.
Но это все теории, практика же свидетельствует - шаровые молнии опасны и для людей, и для кораблей, ведь часто они возникают над водной поверхностью.
Вот, что случилось в 1726 году с шлюпом «Кэтрин и Мэри», согласно отчету его капитана Джона Хоуэлла: «Мы были у берегов Флориды. Внезапно в воздухе появился огненный шар, который ударился о нашу мачту и разнес ее на 1000 кусков. Потом он убил одного человека, ранил другого и попытался сжечь наши паруса, но ему помешал ливень».
В 1749 году шаровая молния атаковала «Монтего», корабль английского адмирала Чемберса. Доктор Грегори, находившийся на судне, свидетельствует: «Около полудня мы заметили большой огненный шар милях в трех от корабля. Адмирал приказал сменить курс, но шар догнал нас. Он летел в сорока-пятидесяти ярдах над морем. Оказавшись над судном, он с грохотом взорвался. Верхушка грот-мачты была снесена. Пятерых человек на палубе сбило с ног. Шар оставил после себя сильный запах серы. Господь уберег нас от дьявола».
В 1809 году английский военный корабль «Уоррен Гастингс» атаковали сразу три шаровые молнии. Вот строки из отчета о происшедшем: «Один из шаров спикировал и убил матроса. Его товарища, который бросился к нему на помощь, сбил с ног второй шар, опалив пламенем и оставив сильные ожоги. Третий шар убил еще одного человека».
Наконец, случай из нашего времени. В 1984 году шаровая молния едва не отправила на дно озера Эри яхту Уилфреда Дерри, жителя Чикаго. Она появилась после дождя, словно бы из ниоткуда. Заметили ее слишком поздно, а когда Уилфред попытался запустить двигатель, то не смог этого сделать, поскольку микроволновые излучения нарушили работу электросистемы. Минуту или две молния висела над судном, потом чуть опустилась… и взорвалась. Контуженный Дерри упал на палубу. Взрыв повредил его барабанные перепонки, а вспышка «в тысячу солнц» лишила зрения. Также Дерри получил термические ожоги. По счастью, он был не один на борту, в каюте спала его жена. Она и привела яхту, чей мотор вдруг волшебным образом «ожил», к берегу. Слух и зрение вернулись к пострадавшему от шаровой молнии только через несколько недель.
Надо заметить, что Уилфреду Дерри еще повезло - и что касается здоровья, и касательно его собственности. Его судно могло вспыхнуть, как свечка! Но молния взорвалась над яхтой, а не при соприкосновении с ней. Вещество шаровой молнии обладает свойством, во-первых, рассыпаться на тысячи маленьких огненных шариков, а во-вторых, как бы прилипать к поверхности. Тогда загорается дерево, из-за резкого перепада температур трескается стекло и коробится пластик. Наконец, молния могла прожечь борт или стекло иллюминатора, и взорваться в каюте. Короче, могло быть хуже.
Наблюдения показывают, что шаровые молнии обычно движутся навстречу загрязненному воздуху, например, дыму из трубы или от костра. Привлекают их и отработанные газы, что объясняет, почему шаровые молнии иногда преследуют суда.
Впрочем, парусные яхты тоже не могут чувствовать себя в безопасности, особенно идущие с приличной скоростью. За быстро движущимся судном образуется область пониженного давления в более теплом воздухе, а это для шаровой молнии, как «путеводная нить».
Так что же делать при встрече с шаровой молнией? Прежде всего надо постараться избежать лобового столкновения, а дальше - у вас есть выбор. Вариант №1. Вы глушите двигатель (если он работал), укрываетесь в каюте, закрыв дверь и задраив иллюминаторы, и ждете, когда незваная гостья отстанет от вас, ведь срок ее жизни недолог. Вариант №2. Если вы уверены в скоростных возможностях вашей лодки, вы пускаетесь наутек; запасов энергии шаровой молнии хватит минуты на две-три преследования, после чего она или взорвется у вас за кормой, или, израсходовав свои энергетические ресурсы, поднимется вверх и… исчезнет. Что и требуется.…
Огни святого Эльма и шаровая молния - явления со знаком «+» и знаком «-». Не бойтесь первого и опасайтесь второго. Мы вас предупредили, а кто предупрежден, тот защищен.
В самое «темечко»
Удар молнии в мачту может вывести судно из строя. Особую опасность в этом случае представляют незаземленные мачты, проходящие до киля — разряд молнии проходит через мачту почти без сопротивления и пробивает киль и обшивку.
Громоотвод на мачте, один конец которого соприкасается с водой, может считаться надежной защитой в том случае, если под водой имеется достаточно большая переходная площадь с сопротивлением в пределах 0,5 — 1 ом. При малой переходной площади в воде образуется «воронка напряжения» — гигантский перепад потенциалов между концом провода и водой. Эта разность может привести к тому, что яхта попадет под второй удар, который последует из воды и окажется сильнее первого, вследствие эффекта так называемого «каскадного наложения». Поэтому к килю необходимо прикреплять металлические пластины из нержавеющей стали, латуни, бронзы или меди. В общем, чем больше на судне металлических частей, обеспечивающих переход заряда из атмосферы в воду, тем лучше. Правда, обилие металла нередко отрицательно сказывается на радиосвязи, провоцируя помехи.
Монтируют громоотвод таким образом, чтобы он приблизительно на 10 см возвышался над клотиком мачты. В качестве собственно громоотвода обычно используется изолированный медный кабель сечением 35 мм2 или алюминиевый сечением 50 мм2. Внутри мачты или закрепленный вдоль нее, громоотвод спускается к палубе, проходит сквозь нее, уходит под пайолы и закрепляется на килевых болтах. Отрицательный полюс аккумулятора и антенна заземляются главным проводом; баллер руля, топливные баки, двигатель — боковыми отводами.
Следует иметь в виду, что даже при хорошей грозозащите молния может причинить неприятность. Например, девиационная таблица компаса требует коррекции после удара молнии, так как меняется магнетизм судна.
Традиционно, по субботам, мы публикуем для вас ответы на викторину в формате «Вопрос - ответ». Вопросы у нас самые разные как простые, так и достаточно сложные. Викторина очень интересная и достаточно популярная, мы же просто помогаем вам проверить свои знания и убедиться, что вы выбрали правильный вариант ответа, из четырех предложенных. И у нас очередной вопрос в викторине - Где часто появляются огни святого Эльма?
- A. на сталактитах пещер
- B. на мачтах судов
- C. на дне Марианской впадины
- D. на поверхности Луны
Правильный ответ В. На мачтах судов
Огни святого Эльма – явление природы, которое можно наблюдать во время грозы. Когда у основания облака скапливаются отрицательно или положительно заряженные частицы, то они способствуют возникновению противоположного заряда на поверхности земли. Между землей и облаками образуются потоки заряженных частиц, и когда они начинают двигаться с большой скоростью, то на небе появляются яркие вспышки молний.
Предметом поклонения всех моряков стали огни, названные в честь католического святого Эльма – покровителя моряков. Все дело в том, что именно моряки впервые обратили внимание на особое свечение острых мачт и других частей своего корабля, которое происходило перед грозой или во время ее. В таком случае считалось, что святой Эльм спустился, чтобы защитить корабль от невзгод и неприятностей в море.
Легенда связывает это явление со святым Эльмом (или Эразмом) , покровителем моряков Средиземноморья, который, как рассказывают, умер на море во время сильного шторма. Перед смертью он обещал морякам, что непременно явится им в том или ином виде, чтобы сообщить, суждено ли им спастись. Вскоре после этого на мачте появилось странное свечение, которое они и восприняли как явление либо самого святого, либо посланного им знака во исполнение своего обещания.
Древние язычники – греки и римляне – полагали, что это явления божественных близнецов Кастора и Поллукса и называли их Еленой в честь их сестры.
Древнеримский философ Сенека, подразделяя огонь на два вида – земной и небесный, утверждал, что во время грозы «звезды как бы нисходят с неба и садятся на мачты кораблей». Но главное отличие небесного огня от земного состоит в том, что он не жжет, не воспламеняет предметы и его нельзя погасить водой.
Когорты римских легионеров, устраивая ночной бивак, втыкали в землю свои копья, окружая лагерь своеобразным забором. Когда погода предвещала ночную грозу, часто на остриях копий зажигались синие кисточки «небесного огня». Это был хороший знак от небес: с античных времен такое свечение называлось огнями Диоскуров, которые считались небесными покровителями воинов и мореходов.
Спустя 2000 лет, в более просвещенные XVII- XVIII века это явление приспособили для предупреждения о грозе. Во многих европейских замках на возвышении устанавливалось копье. Поскольку огонь Диоскуров днем не виден, стражник регулярно подносил к острию копья алебарду: если между ними проскакивали искры, следовало тут же звонить в колокол, предупреждая о близкой грозе. Естественно, в это время явление уже не называлось языческим именем, а поскольку чаще всего такое свечение возникало на шпилях и крестах церквей, то появилось множество местных названий: огни святых Николая, Клавдии, Елены и, наконец, святого Эльма.
В зависимости от того, на чем возникает «небесный огонь», он может принимать разные формы: равномерного свечения, отдельных мерцающих огоньков, кисточек или факелов. Иногда он настолько напоминает земное пламя, что его пытались тушить. Бывали и другие курьезы.
В 1695 году в Средиземном море гроза застала парусное судно. Опасаясь бури, капитан приказал спустить паруса. И тут же на разных частях рангоута корабля появилось свыше 30 огней святого Эльма. На флюгере грот-мачты огонь достигал полуметра в высоту. Капитан, по-видимому, принявший до этого пинту рома, послал матроса на мачту снять огонь. Поднявшись наверх, тот крикнул, что огонь шипит, как рассерженный кот, и сниматься не хочет. Тогда капитан приказал снять его вместе с флюгером. Но как только матрос коснулся флюгера, огонь перескочил на конец мачты, откуда снять его было невозможно.
Чуть раньше, 11 июня 1686 года, «святой Эльм» снизошел на французский военный корабль. Находившийся на его борту аббат Шаузи оставил потомкам личные впечатления от встречи с ним. «Дул страшный ветер, – писал аббат, – лил дождь, сверкали молнии, все море было в огне. Вдруг я увидел на всех наших мачтах огни святого Эльма, которые спускались на палубу. Они были величиной с кулак, ярко светились, прыгали и вовсе не обжигали. Все ощутили запах серы. Блуждающие огни чувствовали себя на корабле как дома. Это продолжалось до рассвета».
30 декабря 1902 года пароход «Моравия» находился вблизи островов Зеленого мыса. Капитан Симпсон, заступив на вахту, собственноручно сделал запись в судовом журнале: «В течение целого часа в небе полыхали молнии. Стальные канаты, верхушки мачт, ноки рей и грузовых стрел, – все светилось. Казалось, на всех штагах через каждые четыре фута повесили зажженные фонари. Свечение сопровождалось странным шумом: словно мириады цикад поселились в оснастке или с треском горел валежник и сухая трава».
Возникают огни святого Эльма и на воздушных судах. Штурман А. Г. Зайцев оставил о своем наблюдении следующую запись: «Это было летом 1952 года над Украиной. Мы со снижением проходили грозовую облачность. За бортом потемнело, как будто наступили сумерки. Вдруг мы увидели, как по передней кромке крыла заплясали светло-синие языки пламени высотой сантиметров двадцать. Их было так много, что крыло, казалось, горело по всему ребру. Минуты через три огни исчезли так же неожиданно, как и появились».
Наблюдают «небесный огонь» и специалисты, которым это положено по роду работы. В июне 1975 года сотрудники Астраханской гидрометеорологической обсерватории возвращались с работы на севере Каспия. «В полной темноте мы выбрались из зарослей тростника и пошли по мелководью к моторной лодке, оставленной в двух километрах от берега, – записал позже кандидат геолого-минералогических наук Н. Д. Герштанский. – Где-то на севере вспыхивали зарницы. Неожиданно волосы у всех нас засветились фосфоресцирующим светом. Язычки холодного пламени появились и возле пальцев поднятых рук. Когда мы подняли мерный шест, его вершина осветилась так ярко, что можно было прочесть бирку завода-изготовителя. Все это продолжалось минут десять. Интересно, что ниже метра над поверхностью воды свечение не возникало».
Но огни святого Эльма появляются не только перед грозой. Летом 1958 года сотрудники Института географии проводили метеоизмерения по программе Международного геофизического года на леднике в Заилийском Алатау на высоте 4000 метров. 23 июня началась метель, похолодало. В ночь на 26 июня метеорологи, выйдя из домика, увидели удивительную картину: на метеоприборах, антеннах, сосульках на крыше домика появились голубые языки холодного пламени. Появилось оно и на пальцах поднятых рук. На осадкомере высота пламени достигала 10 сантиметров. Одна из сотрудниц решила дотронуться карандашом до пламени на крючке градиентной штанги. В то же мгновение в штангу ударила молния. Людей ослепило и сбило с ног. Когда они поднялись, огонь исчез, но через четверть часа возник на прежних местах.
На юге Тверской области находится курган Родня. Вершина его поросла хвойным лесом, и туда местные жители стараются не заходить, поскольку курган пользуется недоброй славой. Летом 1991 года группа туристов, расположившаяся неподалеку на ночевку, наблюдала странное явление: в предгрозовую погоду над деревьями на вершине кургана стали один за другим зажигаться голубые огоньки. Когда на следующий день туристы поднялись на холм, то случайно обнаружили, что некоторые деревья снабжены «молниеотводами» в виде обвивающейся вокруг стволов медной проволоки. По-видимому, нашлись шутники, пожелавшие как-то использовать дурную славу холма.
Природа огней святого Эльма несомненно связана с электрическими процессами в атмосфере. В хорошую погоду напряженность электрического поля у земли составляет 100-120 В/м, то есть между пальцами поднятой руки и землей она будет достигать примерно 220 вольт. К сожалению, при весьма мизерном токе. Перед грозой эта напряженность поля возрастает до нескольких тысяч В/м, а этого уже достаточно для возникновения коронного разряда. Тот же эффект может наблюдаться в снежных и песчаных бурях и вулканических облаках.
Огни Святого Эльма входят в десятку самых интересных световых явлений наряду с радугой, миражами, световыми кольцами, полярным сиянием и другими.
Огни святого Эльма – электрическое явление, которое чаще всего можно увидеть во время грозы. В облаке в грозу накапливаются отрицательно или положительно заряженные частицы, это приводит к возникновению противоположного заряда на поверхности земли. Земля и облака таким образом становятся связанными общим электрическим полем, по этому пространству проходят потоки заряженных частиц, которые движутся с большой скорость. Когда накопится достаточно большой заряд – возникает такое явление, как молния.
Если заряда не хватает для возникновения молнии, то если он не успевает накопиться, так как часть заряда уходит в другое место, то молнии образовываться не будут. В наше время именно для этого используют громоотводы – конец громоотвода перетягивает заряды на себя, не давая молниям формироваться.
Так вот, когда происходит такое природное отведение заряда, утечка энергии, то и возникает явление, называемое “Огни святого Эльма” – шарообразное или иной формы свечение, возникающее во время грозы и шторма на концах высоких острых предметов, например на громоотводе, верхушке собора, остром флюгере или конце мачты корабля. Это явление обычно сопровождается тихим свистом, шипением или еле слышным потрескиванием.
Больше всего известно про отношение к этому явлению моряков. Гроза и шторм в море – явление страшное и очень нежеланное, облаченное в мантию кучи поверий и примет. Моряки считали, это огни святого Эльма – послание от бога моряков – святого Эльма, взявшего корабль под свое покровительство. Считалось, что появление этих огней – к удаче, моряки верили, что, если на концах корабельных мачт появились эти огни, то корабль обязательно вернется в родную гавань.
Большой отряд воинов Древнего Рима находился в ночном походе. Надвигалась гроза. И вдруг над отрядом показались сотни голубоватых огоньков. Это засветились острия копий воинов. Казалось, железные копья солдат горят не сгорая!
Природы удивительного явления в те времена никто не знал, и солдаты решили, что такое сияние на копьях предвещает им победу. Тогда это явление называли огнями Кастора и Поллукса - по имени мифологических героев-близнецов. А позднее переименовали в огни Эльма - по названию церкви святого Эльма в Италии, где они появлялись.
Особенно часто такие огни наблюдали на мачтах кораблей. Римский философ и писатель Луций Сенека говорил, что во время грозы «звезды как бы нисходят с неба и садятся на мачты кораблей». Среди многочисленных рассказов об этом интересно свидетельство капитана одного английского парусника.
Случилось это в 1695 году, в Средиземном море, у Балеарских островов, во время грозы. Опасаясь бури, капитан приказал спустить паруса. И тут моряки увидели в разных местах корабля больше тридцати огней Эльма. На флюгере большой мачты огонь достиг более полуметра в высоту. Капитан послал матроса с приказом снять его. Поднявшись наверх, тот крикнул, что огонь шипит, как ракета из сырого пороха. Ему приказали снять его вместе с флюгером и принести вниз. Но как только матрос снял флюгер, огонь перескочил на конец мачты, откуда снять его было невозможно.
Еще более впечатляющую картину увидели в 1902 году моряки парохода «Моравия». Находясь у островов Зеленого Мыса, капитан Симпсон записал в судовом журнале: «Целый час в море полыхали молнии. Стальные канаты, верхушки мачт, нокреи, ноки грузовых стрел - все светилось. Казалось, что на шканцах через каждые четыре фута повесили зажженные лампы, а на концах мачт и нокрей засветили яркие огни». Свечение сопровождалось необычным шумом:
«Словно мириады цикад поселились в оснастке или с треском горел валежник и сухая трава...»
Огни святого Эльма разнообразны. Бывают они в виде равномерного свечения, в виде отдельных мерцающих огоньков, факелов. Иногда они настолько похожи на языки пламени, что их бросаются тушить.
Американский метеоролог Хэмфри, наблюдавший огни Эльма на своем ранчо, свидетельствует: это явление природы, «превращая каждого быка в чудище с огненными рогами, производит впечатление чего-то сверхъестественного». Это говорит человек, который по самому своему положению не способен, казалось бы, удивляться подобным вещам, а должен принимать их без лишних эмоций, опираясь только на здравый смысл.
Можно смело утверждать, что и ныне, несмотря на господство, - далеко, правда, не повсеместное, - естественнонаучного мировоззрения, найдутся люди, которые, окажись они в положении Хэмфри, увидели бы в огненных бычьих рогах нечто неподвластное разуму. О средневековье и говорить нечего: тогда в тех же рогах усмотрели бы, скорее всего, происки сатаны.
Коронный разряд, электрическая корона , разновидность тлеющего разряда, который возникает при резко выраженной неоднородности электрического поля вблизи одного или обоих электродов. Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности (острия, тонкие провода). При Коронном разряде эти электроды окружены характерным свечением, также получившим название короны, или коронирующего слоя.
Примыкающая к короне несветящаяся («тёмная») область межэлектродного пространства называется внешней зоной. Корона часто появляется на высоких остроконечных предметах (святого Эльма огни), вокруг проводов линий электропередач и т. д Коронный разряд может иметь место при различных давлениях газа в разрядном промежутке, но наиболее отчётливо он проявляется при давлениях не ниже атмосферного.
Появление коронного разряда объясняется ионной лавиной. В газе всегда есть некоторое число ионов и электронов, возникающих от случайных причин. Однако, число их настолько мало, что газ практически не проводит электричества.
При достаточно большой напряженности поля кинетическая энергия, накопленная ионом в промежутке между двумя соударениями, может сделаться достаточной, чтобы ионизировать нейтральную молекулу при соударении. В результате образуется новый отрицательный электрон и положительно заряженный остаток - ион.
Свободный электрон при соударении с нейтральной молекулой расщепляет ее на электрон и свободный положительный ион. Электроны при дальнейшем соударении с нейтральными молекулами снова расщепляет их на электроны и свободные положительные ионы и т.д.
Такой процесс ионизации называют ударной ионизацией, а ту работу, которую нужно затратить, чтобы произвести отрывание электрона от атома - работой ионизации. Работа ионизации зависит от строения атома и поэтому различна для разных газов.
Образовавшиеся под влиянием ударной ионизации электроны и ионы увеличивает число зарядов в газе, причем в свою очередь они приходят в движение под действием электрического поля и могут произвести ударную ионизацию новых атомов. Таким образом, процесс усиливает сам себя, и ионизация в газе быстро достигает очень большой величины. Явление аналогично снежной лавине, поэтому этот процесс был назван ионной лавиной.
Натянем на двух высоких изолирующих подставках металлическую проволоку ab, имеющую диаметр несколько десятых миллиметра, и соединим ее с отрицательным полюсом генератора, дающего напряжение несколько тысяч вольт. Второй полюс генератора отведем к Земле. Получится своеобразный конденсатор, обкладками которого являются проволока и стены комнаты, которые, конечно, сообщаются с Землей.
Поле в этом конденсаторе весьма неоднородно, и напряженность его вблизи тонкой проволоки очень велика. Повышая постепенно напряжение и наблюдая за проволокой в темноте, можно заметить, что при известном напряжении возле проволоки появляется слабое свечение (корона), охватывающее со всех сторон проволоку; оно сопровождается шипящим звуком и легким потрескиванием.
Если между проволокой и источником включен чувствительный гальванометр, то с появлением свечения гальванометр показывает заметный ток, идущий от генератора по проводам к проволоке и от нее по воздуху комнаты к стенам, между проволокой и стенами переносится ионами, образованными в комнате благодаря ударной ионизации.
Таким образом, свечение воздуха и появление тока указывает на сильную ионизацию воздуха под действием электрического поля. Коронный разряд может возникнуть не только вблизи проволоки, но и у острия и вообще вблизи любых электродов, возле которых образуется очень сильное неоднородное поле.
Применение коронного разряда
Электрическая очистка газов (электрофильтры). Сосуд, наполненный дымом, внезапно делается совершенно прозрачным, если внести в него острые металлические электроды, соединенные с электрической машиной, а все твердые и жидкие частицы будут осаждаться на электродах. Объяснение опыта заключается в следующем: как только и проволоки зажигается корона, воздух внутри трубки сильно ионизируется. Газовые ионы прилипают к частицам пыли и заряжают их. Так как внутри трубки действует сильное электрическое поле, заряженные частицы пыли движутся под действием поля к электродам, где и оседают.
Счетчики элементарных частиц
Счетчик элементарных частиц Гейгера - Мюллера состоит из небольшого металлического цилиндра, снабженного окошком, закрытым фольгой, и тонкой металлической проволоки, натянутой по оси цилиндра и изолированной от него. Счетчик включают в цепь, содержащую источник тока, напряжение которого равно нескольким тысячам вольт. Напряжение выбирают необходимым для появления коронного разряда внутри счетчика.
При попадании в счетчик быстро движущегося электрона последний ионизирует молекулы газа внутри счетчика, отчего напряжение, необходимое для зажигания короны, несколько понижается. В счетчике возникает разряд, а в цепи появляется слабый кратковременный ток. Чтобы обнаружить его, в цепь вводят очень большое сопротивление (несколько мегаом) и подключают параллельно с ним чувствительный электрометр. При каждом попадании быстрого электрона внутрь счетчика листка электрометра будут откланяться.
Подобные счетчики позволяют регистрировать не только быстрые электроны, но и вообще любые заряженные, быстро движущиеся частицы, способные производить ионизацию путем соударений. Современные счетчики легко обнаруживают попадание в них даже одной частицы и позволяют поэтому с полной достоверностью и очень большой наглядностью убедиться, что в природе действительно существуют элементарные заряженные частицы.
Громоотвод
Подсчитано, что в атмосфере всего земного шара происходит одновременно около 1800 гроз, которые дают в среднем около 100 молний в секунду. И хотя вероятность поражения молнией какого-либо отдельного человека ничтожно мала, тем не менее молнии причиняют немало вреда. Достаточно указать, что в настоящее время около половины всех аварий в крупных линиях электропередачи вызывается молниями. Поэтому, защита от молнии представляет собой важную задачу.
Ломоносов и Франклин не только объяснили электрическую природу молнии, но и указали, как можно построить громоотвод, защищающий от удара молнии. Громоотвод представляет собой длинную проволоку, верхний конец которой заостряется и укрепляется выше самой высокой точки защищаемого здания. Нижний конец проволоки соединяют с металлическим листом, а лист закапывают в Землю на уровне почвенных вод.
Во время грозы на Земле появляются большие индуцированные заряды и у поверхности Земли появляется большое электрическое поле. Напряженность его очень велика около острых проводников, и поэтому на конце громоотвода зажигается коронный разряд. Вследствие этого индуцированные заряды не могут накапливаться на здании и молнии не происходит. В тех же случаях, когда молния все же возникает (а такие случаи очень редки), она ударяет в громоотвод и заряды уходят в Землю, не причиняя вреда зданию.
В некоторых случаях коронный разряд с громоотвода бывает настолько сильным, что у острия возникает явно видимое свечение. Такое свечение иногда появляется и возле других заостренных предметов, например, на концах корабельных мачт, острых верхушек деревьев, и т.д. Это явление было замечено еще несколько веков тому назад и вызывало суеверный ужас мореплавателей, не понимавших истинной его сущности.
