Текст книги "Заклятие Фавна"

Автор книги: Анатолий Томилин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 18 страниц)

Прежде всего следовало убедиться в том, что небесное электричество и земное, из обыкновенной электрической машины или накопленное путем трения стеклянной трубочки на лейденской байке, – одно и то же.

Наука не оторвала Франклина от общественной деятельности. С 1737 по 1753 год он – почтмейстер Филадельфии, а с 1753 года – и всех 13 североамериканских колоний Англии, он фактически создал регулярное почтовое сообщение в Северной Америке. Франклин участвует в созыве первого конгресса представителей колоний в г. Олбани и едет в Лондон, где разоблачает злоупотребления английских чиновников и борется против рабства негров. И все это одновременно с занятиями наукой. Ничто, чему он научился, что узнал, не лежало у него мертвым грузом. Он все использовал. Даже память о детских увлечениях – о запуске воздушных змеев. Потихоньку от жены Франклин соорудил из ее шелкового платка большой воздушный змей, приделал к нему металлическое острие из проволоки и, выбрав ветреный день, когда грозовые тучи низко стлались над землей штата Пенсильвания, приступил к опыту. Он запустил змей высоко, под самые облака, насколько хватило бечевки. К концу ее привязал металлический ключ, а к ключу – шелковую ленту, поскольку уже знал, что шелк электричество не проводит. За шелковую ленту он и держался.

Скоро веревка намокла. И когда вдалеке блеснула первая молния, Франклин поднес к ключу лейденскую банку. Длинная голубая искра «клюнула» металлический шарик центрального электрода. Франклин тут же проверил заряд электроскопом. Листочки прибора послуш но разошлись. Блеск! Он действительно свел электричество с неба. И эта таинственная субстанция ничем не отличалась от той, что добывалась простым трением, ..

«Прекрасно! – ликовал ученый, – Больше я не позволю тебе убивать людей, сжигать дома и корабли. Мы настроим заостренных шестов, которые сведут все молнии на землю!» И Франклин начинает широкую кампанию за повсеместную установку громоотводов.

Он всегда трудился увлеченно! Весело смеялся, когда свидетели его опасных опытов вздрагивали от треска сиренево-розовых искр. Он не только работал весело, но и весело отдыхал… «Ввиду того, что наступает жаркая погода, когда электрические опыты доставляют мало удовольствия, мы думаем покончить с ними на этот сезон, завершив все довольно веселым пикником… – писал он в Англию, где у него после дипломатических поездок осталось немало друзей. – На берегах реки Скулкилл искра, переданная с одного берега на другой без какого-либо проводника, кроме воды, зажжет одновременно на обоих берегах спиртовки… Индейка к нашему столу будет умерщвлена электрическим ударом и зажарена на электрическом вертеле огнем, зажженным наэлектризованной банкой. Мы выпьем за здоровье всех известных физиков… из наэлектризованных бокалов под салют орудий, стреляющих ог электрических батарей…»

Не этот ли стиль пытались возродить почитатели ученого, собравшиеся на праздник в Филадельфию спустя более двух столетий после смерти Франклина?

Впрочем, Франклин писал в Англию не только развлекательные письма. Он сообщал в Лондонское королевское общество о всех результатах своих исследований, и его письма с удовлетворением зачитывались на заседаниях. Скоро эти письма, написанные прекрасным слогом, были изданы отдельной книгой «Опыты и наблюдения над электричеством, проделанные в Филадельфии в Америке Бенджамином Франклином». Их перевели на французский и немецкий языки, и скоро с ними познакомился весь ученый мир Европы.

Весть об открытии Франклином воздушного, или атмосферного, электричества разнеслась по всем странам. Опыты американца повторяли ученые и любители. Это была настоящая сенсация, и она никого не оставляла равнодушным. Не нужно забывать, что в описываемое время прослойка просвещенной интеллигенции незначительна. Не только среди простого народа, но и в кругах буржуазии и дворянства по-прежнему была широко распространена вера в знамения и чудеса, в существование привидений и бесовского наваждения, в колдунов и ведьм.

Молния в небе, молния-разрушительница, причина пожаров и несчастий была хорошо знакома людям независимо от континента, страны или исповедуемой религии. Для всех она – грозное и страшное явление, связанное с высшими силами. И потому низведение молнии на землю, влияние человека на нее не могло не производить сенсации.

Вполне естественно, что в России, взбудораженной эпохой Петра I, любая новость попадала на благодатную почву. Еще Петр I издал декрет о присылке столицу всевозможных диковинок. С жадностью и восторгом неофита искал он повсеместно все неожиданное, как природное, так и рукотворное. И это устремление к новому не могло исчезнуть сразу после смерти царя.

Об опытах Франклина в России узнали впервые из статьи, переведенной из кельнской газеты и помещенной в «Санкт-Петербургских ведомостях» 1752 года. Вот что там было написано:

"Никто бы не чаял, чтоб из Америки надлежало ожидать новых наставлений об электрической силе, а однако учинены там наиважнейшия изобретения. В Филадельфии, в Северной Америке, господин Вениамин Франклин столь далеко отважился, что хочет вытягивать из атмосферы тот страшный огонь, который часто целыя земли погубляет. А именно делал он опыты, для изведания, не одинакова ли материя молнии и электрической силы, и действие догадку его так подтвердило, что от громовых ударов следующим образом охранить себя можно: на вершинах строений или кораблей надлежит утвердить железныя востроконечныя прутья перпендикулярно поставленныя; вышиною от 10 до 12 футов и для охранения от ржи позолоченные; а от нижнего конца прутьев спустить проволоку к подошве строения наземь или от мачтового каната на кораблях.

Как чинили сей опыт в марлийском саду железным прутом, вышиною в 40 футов поставленным, и на электризованном теле утвержденном, во время грому, который шел через то место, где был прут, то бывшия при том персоны вытянули такия искры и движении, которыя подобны тем, кои производятся обыкновенною электрическою силою.

В Париже 18 мая из утвержденного 99 футов вышиною и в виноградном саду поставленного прута вытягивали многая искры через полчаса и более в то самое время, как густая туча над тем местом. Сии искры совершенно походили на исходящий из фузеи огонь и причиняли такой же стук и такую же опасность. Другими опытами тоже подтверждено явилось, что с помощью востроконечных прутов у громовых туч огонь отнять можно".

И это в то время, когда споры о природе молнии и громоотводе не утихали еще даже на родине Франклина. Ученый первым установил на своем доме изолированный железный шест, соединил его проводником с землею и даже включил в цепь звонок, чтобы молния сама предупреждала хозяина дома о своем появлении.

Год спустя в одном из своих писем он изложил подробно теорию громоотвода, предлагая заострять верхний конец металлического шеста, поскольку заметил, что с острия электричество стекает постепенно, без внезапных разрядов. В Америке громоотводы распространились довольно быстро. В самой Филадельфии скоро уже все крупные здания были снабжены защитными устройствами. Лишь французское посольство, в силу предубеждения перед новшествами, отказалось от установки громоотвода. И вот – ирония судьбы. В 1782 году именно в это здание ударила молния, и оно сгорело.

Во Франции опытами с атмосферным электричеством занимались многие исследователи. Однако, когда один из жителей Омера установил на крыше своего дома громоотвод, его соседи усмотрели в этом прямой вызов небу и заставили муниципалитет вынести постановление о снятии богопротивного прибора. Владелец дома затеял тяжбу с городскими властями. Он поручил ведение дела молодому юристу из Арраса, небезызвестному Максимильену Робеспьеру, в будущем – деятелю Великой французской революции. И тот выиграл процесс, обретя при этом значительную популярность среди горожан.

Во всем мире шли ожесточенные споры по поводу громоотводов. В Англии на конец металлического шеста предлагали надевать шар, чтобы сделать притянутую молнию безвредной. В Германии кое-кто полагал, что громоотвод вызывает засуху, а в Америке с церковных амвонов раздавались уверения в том, что землетрясения, сотрясающие земли Нового Света, имеют своими причинами неблагочестие прихожан, выражавшееся также в установке громоотводов на крышах своих домов.

Молния. XX век

Здесь, пожалуй, стоило бы еще раз вернуться к механизму образования и развития молнии с современных позиций. При этом один из главных вопросов: откуда и как образуется электрический заряд в облаке?

Наблюдения показывают, что облака состоят из мириад крошечных капелек воды. Частицы воды в облаке непрерывно движутся, сталкиваются. Одни сливаются в капли, другие, наоборот, разбрызгиваются сильными порывами ветра. Поднимаясь наверх, они замерзают и превращаются в кристаллики льда, которые еще разламываются, сталкиваясь друг с другом.

В исследовательских лабораториях не раз ставили опыты, показывавшие, что при отрыве от капли воды мелких частичек или при ее замерзании капля приобретает электрический заряд. Не исключено, что именно такой процесс ведет к накапливанию электричества в облаке. В верхней его части – положительного, в нижней – отрицательного. Однако существуют и другие предположения ученых о механизме электризации.

Так или иначе, но наша «облачная машина» накопила заряды. И разность потенциалов между облаком и землей или между отдельными частями облака достигла критической величины…

Видели ли вы, как весной из большой лужи талой воды рождается ручеек? Извиваясь среди бугорков нерастаявшего снега и нагромождений льдин, он прокладывает себе дорогу по извилистому пути наименьшего сопротивления. Примерно так же начинается и «пробой» – движение лавины электронов в воздухе, когда напряженность электрического поля переваливает за критическую величину. Только процесс этот, разумеется, идет значительно быстрее. Электроны разгоняются полем, приобретают большие скорости. Сталкиваясь с атомами воздуха, они разбивают их, ионизируют. Воздух в узком канале из обычного состояния изолятора превращается в плазму – в отличный проводник. Всего сотую долю секунды нужно, чтобы первый импульс – лидер молнии скачками добрался бы от облака до поверхности земли. И вот тут-то и начинается бурное соединение отрицательных зарядов, скопившихся в канале, который проложил лидер, с положительными зарядами, наведенными на земле, на кроне дерева или на высоких строениях. Теперь уже от земли вверх по проложенному пути бьет гигантское пламя основного разряда, достигая в своем движении скоростей в десятки тысяч километров в секунду.

За первым импульсом в принципе может следовать второй, третий… Бывает, что их насчитывается по нескольку десятков. Но чаще – два, три, не больше. При этом продолжительность каждого импульса – сотые доли секунды, глазу не заметить. Столь же кратковременны и промежутки между ними. Поэтому молния, несмотря на свою прерывистость, представляется наблюдателю единым длинным разрядом.

А почему молнии сопровождаются громом? Процесс этот довольно любопытен. Двигаясь в канале молнии, лавины заряженных частиц в считанные доли секунды сильно разогревают воздух, превращая его в плазму, и он рывком расширяется. Это расширение подобно удару, который порождает звуковые волны. Их-то мы и слышим. Естественно, чем больше электричества пройдет через разрядный канал, чем резче будет этот удар, тем громче звучит голос молнии.

Бывают ли «тихие молнии»? Оказывается, бывают, хотя мне и не довелось встречать. Но о том писал уже Лукреций в шестой книге своей замечательной поэмы «О природе вещей», о бесшумных молниях рассказывал французский физик XVIII-XIX веков Доминик Франсуа Араго, много занимавшийся исследованием электрических явлений.

Сегодня существует предположение, что без грома развиваются те молнии, которые начинаются и спадают постепенно. Представьте себе раскаленную плазму в канале разряда молнии, которая давит на стенки канала, но они не раздуваются бесконечно, поскольку отдельные линии тока в канале вследствие одинаковости их направления сильно притягиваются друг к другу. Наступившее равновесие тех и других сил поддерживает канал. И если ток в нем нарастает и спадает постепенно, это равновесие практически не нарушается. Другое дело, когда ток обрывается вдруг, рывком. Канал под действием внешнего давления «схлолывается», и тут уж жди грома.

Наблюдательный читатель сразу же задаст следующий вопрос: «Почему от маленькой искры мы слышим одиночный треск, а от длинной молнии он доносится раскатами?»

Попробуйте сами ответить на него. Нетерпеливым я подскажу, тем более что ответ заключен в самом вопросе. Какова длина средней молнии? Несколько километров. А скорость звука? 330 метров в секунду при обычных условиях. Вот и доносится до нас гром от разных участков молнии неодновременно. Отсюда – раскаты. Продолжительность грома зависит от многих причин – от извилистости пути молнии, отражения от облаков или стены падающего дождя, от земли и строений на ней… Звук ведь довольно хорошо отражается. Используя это его свойство, в Японии вдоль шоссе с интенсивным движением в районах населенных пунктов, где дома близко подходят к обочине, ставят звукоотражающие стены. И не так-то уж они высоки – метра три. При этом, понятно, на самом шоссе децибеллы растут, а жителям спокойнее. Нам рассказывал наш гид, что сейчас муниципалитеты, по чьим землям должны проходить автострады, не дают разрешения на прокладку дороги, если строительная фирма не обязуется закрыть их в согласованных пределах противошумовыми заслонами.

Сегодня ученые научились получать сверхвысокие напряжения, но в механике образования молнии еще много белых пятен. Судите сами: чтобы получить в лаборатории искусственную молнию, нам приходилось поднимать напряженность поля чуть ли не до 3 миллионов вольт на метр. В облаках же при измерениях того же параметра с самолетов получать больше 200 – 300 тысяч вольт на метр никогда не удавалось. А молнии там все-таки возникают – и какие!

Определенно прав тот англичанин, который сказал как-то, что, когда ученые начинают слишком много о себе воображать, природа подкрадывается к ним сзади и дает хо-орошенького пинка!

Молнии бывают и без всякой грозы. Вулканологи, изучавшие извержения, много раз отмечали страшные электрические разряды в облаках вулканического пепла. А несколько лет тому назад мир был взволнован сообщениями о катастрофических взрывах на японских супертанкерах. Самое необычное заключалось в том, что суда взрывались уже пустыми, во время промывки колоссальных танков сильной струей воды.

Одно из объяснений гласит, что при промывке образовывались облака нефтеводяной пыли, частицы которой несли электрические заряды. Тут достаточно было одной крохотной искорки…

Сколько тайн хранит история науки, история техники! Возьмите те же громоотводы. Считается, что изобрел их Франклин. А как же римляне? Кроме того, некоторые историки утверждают, что то же самое делали и египтяне еще задолго до римлян. Похоже, что свысока относиться к предкам определенно не стоит.

Ловцы молний. XX век

В конце первой четверти XX столетия перед учеными во весь рост встала проблема получения высоких и сверхвысоких напряжений. Физикам нужны были сильные электрические поля, для того чтобы быстрее разгонять заряженные частицы и бомбардировать мишени. Во всех странах развивалась работа по изучению строения атома. Электростатические генераторы поднимали напряжение до миллиона вольт. Но этого было мало. Вот если бы удалось заставить работать молнию… В 1928 году трое молодых ученых – Браш, Ланж и Урбан – решили реализовать эту идею.

На горе Дженеросо в Швейцарии, где атмосфера всегда щедро насыщена электричеством, физики подняли на мачтах на высоту примерно около 80 метров металлическую сетку. Это устройство собирало из туч столько электричества, что его потенциал поднимался до 10 миллионов вольт. Очевидцы рассказывали, что опыты производили страшное впечатление и требовали от ученых большого мужества. Иногда напряжение на сетке достигало максимума, воздушный промежуток с оглушительным треском пробивала длинная, более четырех метров, искра. За одну сотую секунды – именно такое время длился разряд, сила тока достигала десятков тысяч ампер!

Браш, Ланж и Урбан пытались полученным напряжением ускорять протоны. Опыты длились до 1933 года, пока в один из грозовых дней Курт Урбан на крошечную долю секунды не потерял бдительность. Может быть, он слишком привык к постоянной опасности, пригляделся к огненным змеям. Однако новая сила – электричество не допускает небрежности. И молодой человек заплатил за нее жизнью. После этого работы на горе Дженеросо были свернуты. Они оказались слишком опасными и… недостаточно эффективными. Физики научились в лабораториях строить ускорители, разгоняющие заряженные частицы до миллиардов электрон-вольт.

Однако опыты по притягиванию молний, по сведению небесного огня с неба на землю не прекратились. Чтобы изучить природу электрического разряда, нужно было во что бы то ни стало познакомиться с ним поближе. И вот в середине нашего столетия швейцарский профессор Карл Бергер, изучив районы страны, где чаще всего бывают грозы, построил на горе Сан-Сальваторе, в окрестностях Лугано, стальную башню на высоте 915 метров над уровнем моря. Способ оказался весьма эффективным. Ловец молний принимал до сотни ударов атмосферного электричества в год, замерил их силу и составил альбом фотографий с помощью высокоскоростной аппаратуры. Бергер, пожалуй, первым сумел запечатлеть отдельные фазы рождающегося разряда.

Сейчас такие лаборатории имеются во многих странах. Жизнь исследователей в них наполнена ожиданием и беспокойством. Нередко среди ночи тревожные сигналы системы оповещения поднимают их с постелей. Приборы извещают, что напряженность электрического поля в воздухе достигла критической величины и нужно ожидать грозы. В такие ночи все сотрудники уже не помышляют о сне.

Вот стрелки приборов подошли к красной черте. Руководитель эксперимента нажимает кнопку на пульте. И тотчас в некотором удалении от здания лаборатории раздается громкое шипение: примерно метровая ракета срывается с направляющих и, разматывая за собой тонкий провод, уходит в вышину. Едва красно-желтая реактивная струя успевает подняться всего на несколько сот метров, как окрестности озаряются мертвенным светом: молния обрушивается с неба и бьет в стартовые направляющие – эксперимент удался.

Ловцы молний разделяют свою «добычу» на «нисходящие» и «восходящие» молнии, в зависимости от их направления. Короткие по времени считаются «ясными» и «холодными», а «горячие» живут в тысячу раз дольше и, являются главными причинами пожаров.

При напряжении около 100 миллионов вольт сила тока в молнии может достигать 100 тысяч ампер. Для наглядности напомню, что в электрической лампочке мощностью в 100 ватт сила тока не превышает и половины ампера.

Во время разряда воздух в молниевом канале разогревается до 30 тысяч градусов – это примерно в пять раз больше, чем температура солнечной поверхности; Раскаленная среда резко, как взрыв, расширяется и вызывает ударную волну. Гремит гром.

Людей всегда удивляло то обстоятельство, что пораженные небесным огнем часто оказывались без одежды. В чем тут причина? —

Объяснение нашли сравнительно недавно: когда разряд проходит по поверхности тела, жертвы, влага кожного покрова и пот моментально испаряются. Резкое повышение давления паров срывает одежду и обувь с пострадавшего.

По подсчетам статистиков, случаи поражения молнией за последние годы становятся все реже. Однако в 1977 году удар молнии повредил атомный реактор в Стейде. В 1981 году в японский танкер «Хакуйо Мару» (тоннаж 102 тысячи тонн) после освобождения его от сырой нефти ударила молния. Она воспламенила газовоздушную смесь, оставшуюся в танках судна, и в результате от танкера осталась груда пережженной стали.

Громоотводы и стальная арматура железобетонных конструкций надежно предохраняют от грозового разряда людей, находящихся в помещениях современных зданий. Поэтому в городах гроза практически безопасна.

В наше время одна из задач исследователей – защита чувствительной электроники от атмосферных разрядов. Даже отдаленные разряды способны помешать, внести сбой в работу электронных систем.

Хорошая гроза расходует энергию, равную примерно энергии взрыва атомной бомбы. Мимо такой бесцельной траты энергии люди, конечно, не могли пройти. Однако, несмотря на то что первые предложения по использованию этой энергии относятся еще к прошлому столетию, результаты по их реализации пока невелики.