Текст книги "Журнал «Вокруг Света» №12 за 2009 год"
Автор книги: Вокруг Света Журнал
сообщить о нарушении
Текущая страница: 1 (всего у книги 11 страниц)
Второе рождение жемчуга
Закон песчинки в океане: примерно из 700 000 жемчужин, получаемых ежегодно, идеальными признаются не более 2%.
Когда в начале ХХ века японцы научились искусственно выращивать белые жемчужины, ювелиры всего мира встретили это известие с воодушевлением, но очень скоро поняли, что ошиблись. В промышленных масштабах таинственный камень глубин стал слишком доступен. «Слезы морей» высохли, «поцелуи морских дев» больше не прельщали модниц. И когда все уже смирились с этим и мысленно похоронили эпоху жемчужной лихорадки, она неожиданно разгорелась с новой силой, причем в новом обличье – золотом.
Конечно, о таких жемчужинах человечеству было давно известно, но встречались они так редко, что в ювелирном деле вовсе не использовались. Хотя бы потому, что найти в природе двух золотых близнецов (по размерам, форме и оттенку) для ожерелья почти невозможно. Несколько раз ученые предпринимали попытки их культивировать, но до поры до времени напрасно. «Златогубые» гигантские устрицы вида pinctada maxima – жители небольшого участка Тихого океана – гибли при малейшем вмешательстве со стороны человека. А золотой перламутр зарождается только в них.
Но вот за дело взялся Жак Бранеллек, один из основателей известной франко-филиппинской Jewelmer International Corporation. Он подошел к проблеме с рачительностью крупного бизнесмена и размахом человека с фантазией. Среди буйных тропиков необитаемого островка Малутамбан выросла особая лаборатория: «приручение» капризного «златогубого» моллюска стоило 15 лет скрупулезной биологической работы.
Основная ферма по выращиванию «золотого перламутра» близ филиппинского острова Палаван носит название «Тайтай» – так же называлась старая столица этой группы островов.
Планета устриц
Но усилия себя оправдали – ныне на огромных морских полях «произрастает» первоклассный золотой жемчуг. Шесть устричных плантаций, каждая площадью около 5000 гектаров, раскинулись к северу от архипелага Палаван. Два десятка небольших островов защищают их от губительных течений и ветров. Место это остается девственно чистым, что и необходимо для золотоносных устриц. Впрочем, это и неудивительно: ближайший мегаполис – филиппинская столица Манила – лежит в 500 километрах к северо-востоку. Круглосуточно с патрульных лодок ведется наблюдение: все ли благополучно в обширном хозяйстве? Малейшее отклонение от «правильных» условий сказывается на развитии моллюсков, а значит, и качестве жемчужин. Одни только отчеты о колебаниях температуры воды и воздуха точностью не уступают данным военных метеоцентров.
Внешне плантации более всего напоминают межпланетные станции из фантастических фильмов 1980-х – переливающееся водное пространство усыпано рядами белых плотов, к которым привязаны гигантские «крылья» – устричные садки.
Долгий жизненный путь
Жемчуг собирают зимой, потому что в это время года слои перламутра более тверды, стало быть, и «камни», взятые из моря с ноября по февраль, имеют более благородный оттенок. Группы ныряльщиков по пять человек с привязанными за спинами кислородными баллонами, в самой простой экипировке – масках и обычных футболках – опускаются в бирюзовую глубину. С каждого из угодий, на которые разделены плантации, предстоит собрать более 140 000 созревших раковин за сезон. Скольких трудов это стоит и какие секреты нужно знать для эффективного сбора – отдельный разговор. «Я выращиваю жемчуг уже четыре десятка лет и тем не менее все еще учусь, – уклончиво говорит Жак Бранеллек. – Можете мне поверить, что вырастить даже одну жемчужину чрезвычайно трудно. Путь к совершенству всегда замысловат…»
За пять лет, что растет золотая жемчужина в моллюске, над ней совершаются 324 операции. В самом же кратком виде процесс можно описать так. Будущую жемчужницу сначала два года холят и лелеют, пока она не достигнет размера 12—15 сантиметров. Затем в нее подсаживают перламутровый шарик, из которого сформируется драгоценность. Причем делают это непременно молодые женщины – считается, что нежность их рук благотворно повлияет на качество «изделия». А после этого еще три года жемчужины медленно растут на глубине 15 метров под спокойным и теплым покровом Южно-Китайского моря.
Неделю за неделей ныряльщики переворачивают раковины, чтобы перламутровый слой нарастал вокруг сердцевины равномерно, образуя как можно более круглую форму. Раз в месяц их очищают от паразитов – мелких ракушек, мешающих большим «хозяйкам» развиваться. Еще устриц иногда просвечивают рентгеном, чтобы убедиться: не извергнута ли ценная начинка и не приросла ли она к створке, что равносильно ее потере.
Бдительность прежде всего: вооруженная охрана ежедневно патрулирует палаванские воды – пираты всегда где-то рядом.
Бранеллек против браконьеров
А плантатор Бранеллек до сих пор вникает в каждый из этапов этого изобретенного им священнодействия. Из штаб-квартиры своей компании, которая находится в Маниле, он вылетает «в поля» по нескольку раз в неделю. На нем и вправду лежит большая ответственность: командовать таким экзотическим, уникальным и хрупким хозяйством – значит непременно быть не только предпринимателем, но и стратегом экологии. Сохранение окружающей среды для него такая же постоянная работа, как выращивание жемчуга. В конце концов, это не только вопрос его сознательности: не будет первого – не станет и второго. К примеру, браконьерская ловля рыбы при помощи динамита или цианидов – давняя варварская традиция в палаванских водах – привела к тому, что теперь здесь полностью истреблены кораллы. Это может произойти и с жемчужницами.
В борьбе с врагами природы энергичный француз, естественно, пытается опереться на администрацию провинции Палаван. Он даже снабжает за собственный счет морскую полицию судами для удобного контроля над рыбным промыслом. Побуждает власти всех уровней просвещать народ: мол, истребляя уникальные экосистемы вокруг, жители сами же останутся не у дел. Некоторые результаты эта пропаганда приносит: часть местных рыбаков перешла на выращивание водорослей, которые можно выгодно продавать фармацевтическим компаниям – это уже отдых и «диким» водам, и «жемчужным» водам Жака Бранеллека, который тем временем пожинает плоды своих неустанных усилий. Пожинает в прямом смысле. А именно – в сезон сбора урожая почти каждый день в лодке встречает своих ныряльщиков после погружений и волнуется: что принесет ему новая корзина? Ведь несмотря ни на какие технологии, форма и чистота каждой жемчужины – всегда загадка даже для специалистов. Любая устрица может преподнести сюрприз.
Подводная прополка: каждую неделю десятки ныряльщиков погружаются на глубину 15 метров, чтобы перевернуть моллюсков в их корзинах. Для того чтобы раковина в итоге получилась совершенно круглой , водяные потоки должны воздействовать на нее равномерно со всех сторон.
«Ослепительный цветок»
Весьма возможно, что первым драгоценным «камнем», каким залюбовался человек на заре истории, был именно жемчуг. Хотя бы потому, что, в отличие от всех прочих, его не надо обрабатывать – он дарит свой блеск всякому, кто его находит.
Бранеллек до сих пор любит этот волнующий процесс. Он отбирает и сортирует «морские бриллианты» собственноручно. «Очень много негодных, деформированных. Некоторые изначально нарастали на паразитическую основу и поэтому гнили. Бывают совсем странные экземпляры, скажем, в форме купола. Это такие, которые в какой-то момент перестали вращаться в своих раковинах», – рассказывает плантатор.
Большинство из этих бракованных жемчужин на сторонний взгляд ничем не отличается от удачных. Профессиональный же глаз сразу улавливает разницу – она заключается в параметрах, давно установленных и принятых в ювелирном сообществе. Главных показателей несколько.
Во-первых, правильность формы – идеально круглые жемчужины ценятся выше всего. Затем симметрия – «камень» должен по всему периметру выдерживать равные пропорции относительно своей оси. Цвет хорошим жемчужинам свойственен чистый, хотя в отдельных случаях обертон, то есть удачная примесь другого цвета, даже увеличивает их ценность. Далее, качественным жемчугом называется только тот, на чьей поверхности нет дефектов: пупырышков, трещинок, темных пятен. Чем больше поверхность жемчужины дает блеска, тем она опять-таки замечательнее. Ориент – преломление, или игра света на кристаллах драгоценности, – еще одна важнейшая характеристика. О размере и говорить ни к чему: поскольку крупные «перламутровые шарики» встречаются крайне редко, цена их намного выше. Ну и, конечно, важнейшее преимущество здешнего товара – собственно порода его производительниц – устриц . Поистине золотая жила.
В год удачного урожая из примерно 700 000 маленьких драгоценностей, выращенных на палаванских плантациях, в общей сложности для продажи годны 75%. Из них, в свою очередь, четверть – высший сорт. «А вот абсолютно идеальный экземпляр – редкая удача. Настоящая «ханадама», – восклицает плантатор, аккуратно укладывая одну из жемчужин на специальную подставку для ювелирного осмотра. По-японски «ханадама» означает «ослепительный цветок». Так со времен Средневековья, когда жемчуг еще, конечно, не выращивали, а с великим трудом ловили, называли драгоценности не просто прекрасные, а роскошные, равные целому состоянию. «Морские камни» такого класса на всех континентах помнят и воспевают в стихах и прозе.
Момент истины близок: перед окончательным сбором урожая моллюсков извлекают на поверхность для генеральной чистки.
Кстати, о прозе. Именно золотая разновидность опровергла одну из самых известных на сегодня легенд, связанных с жемчугом.
А именно – известную историю о Клеопатре , которая, желая поразить Марка Антония своим богатством, без сожаления растворила в вине жемчужную серьгу ценой в несколько миллионов сестерциев и выпила чашу. Этот сюжет поведал в свое время Плиний Старший , и с тех пор он так и кочевал из поколения в поколение непроверенным – никому просто не приходило в голову повторить поступок царицы. А вот с появлением на рынке жемчуга золотого выяснилось, что перламутр растворяется в вине и уксусе невероятно медленно. Выяснилось потому, что в самые дорогие сорта вина стали-таки класть золотые жемчужины как индикаторы качества. Если гладкий и блестящий камешек вынуть из бутылки через несколько лет, то он подтвердит или опровергнет вкусовые качества напитка. Если жемчужина теряет свой блеск и становится шероховатой, значит напиток забродил, потерял ценность. Ученые, сделав теоретические умозаключения, подсказали такой метод виноделам, а те, опробовав его, подтвердили: не смогла бы Клеопатра растворить в кубке свою драгоценность, как аспирин в кипяченой воде.
А тем временем с легкой руки бизнесмена-энтузиаста золотой жемчуг постепенно начинает свой путь в истории. И начинает его, естественно, с ювелирных коллекций самых богатых людей мира. Суммы, за которые уходят партии золотых жемчужин с плантаций, не раскрываются – это коммерческая тайна. Но и так нетрудно догадаться, что они обозначаются числами с множеством нулей. Года два назад один японский миллионер так «влюбился» в одну-единственную золотую «ханадаму», что купил ее за 500 000 долларов. Что уж говорить об ожерельях палаванского происхождения, которые уходят во дворцы арабских шейхов.
Фото Патрик Авантюрье
Любовь Хоботова
Молниеносная жизнь эльфов и гномов
Голубые джеты – один из самых загадочных видов высотных разрядов. Они срываются с верхней кромки грозовых облаков и поднимаются вверх на 10, 20, а то и 30 километров. Фото: SPL/EAST NEWS
20 лет назад, в ночь с 5 по 6 июля 1989 года, в истории изучения планеты Земля произошло важное событие. Джон Рандольф Уинклер, отставной профессор, 73-летний ветеран NASA, направил на грозовые облака высокочувствительную видеокамеру, а потом, просматривая запись кадр за кадром, обнаружил две яркие вспышки, которые в отличие от молний шли не вниз, к земле, а вверх, к ионосфере. Так были открыты спрайты – самые крупные из высотных разрядов в атмосфере Земли. Они наглядно подтвердили существование на нашей планете глобальной электрической цепи и дали новые возможности для ее исследования.
Разряды, зарегистрированные Джоном Уинклером, стартовали с высоты 14 километров, а их размеры составляли более 20 километров. Механизм, приводящий к их появлению, был неясен, и требовалась большая научная смелость, чтобы объявить об электрическом разряде, поднимающемся от границ тропосферы на такую высоту. Чтобы получить более убедительные доказательства, воодушевленный Уинклер дождался, когда Миннесоту накрыл ураган «Хьюго» и в ночь с 22 на 23 сентября снова записал на видеокамеру много подобных высотных разрядов над грозовыми облаками. Интересно, что формально он вел это исследование как любитель, поскольку оно не входило ни в какие программы научных работ. Но Уинклер, конечно, не был любителем и действовал решительно, как человек, четко осознающий свою миссию. От прошлой работы в NASA у него осталась неисправная высокоскоростная видеокамера. Он уговорил декана физического факультета Университета Миннесоты выделить на ее ремонт 7000 долларов и установил у себя дома оборудование для анализа записей.
Уникальные кадры гигантских разрядов испугали Уинклера не меньше, чем обрадовали. А что если такой разряд ударит в летательный аппарат? И ученый обратился к коллегам из NASA с предупреждением. Те засомневались. Что за разряды? Но из уважения к прошлому Уинклера взялись просмотреть записи, сделанные во время полетов космических челноков. И они не поверили своим глазам: на пленках обнаружилось больше десятка подобных разрядов. Уинклер попал в точку. Будучи профессионалом, он довел дело до логического конца – публикаций в ведущих научных журналах Geophysical Research Letters (1989) и Science (1990). Статьи буквально вызвали шок у специалистов по астрономии, атмосферному электричеству, радиофизике, атмосферной акустике, физике газового разряда и аэрокосмической безопасности. После этих публикаций в NASA уже не могли отмахнуться от возможной угрозы космическим кораблям и начали развернутое исследование высотных разрядов. За три года подготовки к этой работе с Уинклером не раз советовались, но в саму программу так и не включили.
В первую же ночь наблюдений, 7 июля 1993 года, на научной станции вблизи Форт-Коллинса ( штат Колорадо ) удивленные исследователи зафиксировали больше 240 высотных разрядов. На следующую ночь, чтобы исключить ошибку в определении высоты, была задействована специализированная летающая лаборатория на борту самолета DC-8. Результаты превзошли все ожидания: огромные вспышки были обнаружены на высотах не менее 50—60 километров. В честь непоседливого Пака из шекспировского «Сна в летнюю ночь» им дали название спрайтов, то есть духов воздуха. Естественно, встал вопрос: почему об этих разрядах ничего не знали раньше, если каждый мощный грозовой фронт порождает их десятками? Анализ литературы показал, что на протяжении сотни лет многие люди видели над облаками не обычные и очень большие разряды. Их называли ракетными молниями, облачно-стратосферными разрядами, восходящими молниями и даже молниями «облако – космос». Но в отсутствие надежных доказательств странные сообщения очевидцев просто игнорировались. Отмахнулись даже от такого известного и заслуженного специалиста в области атмосферного электричества, как нобелевский лауреат Чарлз Томсон Вильсон, который еще в 1956 году писал в своей статье о подобном явлении. Понадобились чутье, опыт, упорство и бесстрашие профессора Джона Уинклера, чтобы «этого не может быть» очень быстро превратилось в «да кто же этого не знает». Теперь на многочисленных роликах в Интернете можно в деталях рассмотреть эти разряды.
Джон Уинклер умер в 2001 году. Больше работ по высотным разрядам он не делал, хотя с трудом верится, что не хотел – после такого-то успеха. На его публикацию в Science исправно ссылались, но в проекты, видимо, не включали. В некрологе, написанном коллегами, сквозит обида за него. А зря. Каждый день Джону Рандольфу Уинклеру салютуют красно-фиолетовые спрайты, ведь он научил людей их видеть.
Блестящая труппа
Вскоре исследователи обнаружили целое световое шоу, разворачивающееся в верхних слоях атмосферы над свинцовыми грозовыми фронтами. Главные актеры в нем (в порядке снизу вверх): голубые джеты, которых иногда называют гномами (раз уж они внизу), посередине красно-фиолетовые спрайты и гало, а над ними красноватые кольца – парящие в вышине эльфы. Но, конечно, не надо забывать режиссера, стоящего за грандиозным спектаклем, – это всем известные грозовые облака и молнии. Вообще-то еще недавно труппа была многочисленнее, но исследователи постепенно избавились от духов, медуз (некоторые виды спрайтов) и прочей звучной «живности». Надо заметить, что упражнения в красивых названиях не просто забавы в стиле «физики шутят», как может показаться на первый взгляд. Как и в шоу-бизнесе, в науке продвижение идей и направлений играет важную роль, ведь и здесь, и там идет борьба за ресурсы. Область науки, которая на слуху у публики, обычно финансируется более щедро. Вспомните хотя бы нанотехнологии , о которых все говорят, но никто толком не может объяснить, что это такое и почему туда нужно направить столько средств. Но вернемся к нашему спектаклю и подробнее представим всех почтеннейшей публике.
Эльфы – самые эфемерные и короткоживущие в семействе высотных разрядов. Эти светящиеся красно-фиолетовые кольца возникают в нижней ионосфере на высотах 80—100 километров. Меньше чем за миллисекунду свечение, возникнув в центре, расширяется до 300—400 километров и угасает. Изучены эльфы не очень подробно, вероятно, потому, что не вызывают особых споров и не сулят серьезного продвижения в понимании природы атмосферных разрядов. Они рождаются через три десятитысячных секунды (300 микросекунд) после сильной молнии, ударившей из грозового облака в землю. Ее ствол становится «передающей антенной», от которой со скоростью света стартует мощная сферическая электромагнитная волна очень низкой частоты. За 300 микросекунд она как раз добирается до высоты 100 километров, где возбуждает красно-фиолетовое свечение молекул азота. Чем дальше уходит волна, тем шире становится кольцо, пока не угасает с удалением от источника.
Голубые джеты, или гномы, – самые загадочные, редкие и трудные для наблюдения существа в ансамбле новых высотных разрядов. Выглядит гном, как голубой узкий перевернутый конус, стартующий с верхнего края грозового облака и достигающий иногда 40-километровой высоты. Скорость распространения голубых джетов – от 10 до 100 км/с. Но самое странное, что их появление не всегда связано с видимыми разрядами молний. На высотах, откуда стартуют джеты, давление еще относительно высокое, и неудивительно, что они голубые. Так светят молния, коронный разряд на проводах, искровой разряд и даже пламя высокой температуры. Это тоже свечение молекул азота, но не в красно-фиолетовой полосе, как в случае эльфов, а в ультрафиолетово-голубой.
Кроме обычных джетов с верхней кромки облака иногда срываются вверх так называемые голубые стартеры. Они не поднимаются выше 30 километров. Одни ученые полагают, что это просто разряд молнии, направленный вверх, в область, где давление быстро падает, и потому стартеры расширяются гораздо сильнее обычных молний. Другие считают их недоразвитыми джетами.
Но самый интересный тип голубых джетов назвали гигантскими джетами. Стартуя не очень далеко от поверхности Земли, они достигают 90-километровой высоты. Интерес геофизиков к гигантским джетам под стать их размерам, ведь эти разряды совершают «беспосадочный перелет» из тропосферы прямо в ионосферу. Однако наблюдаются они чрезвычайно редко, и надежно их регистрировали не более дюжины раз. При этом живут они доли секунды, что, в принципе, позволяет заметить их простым глазом.
Теория джетов делает лишь первые шаги. Пока неясно даже, на что похоже это явление. Если по своей природе они близки к светящемуся каналу молнии в стадии развития, то становится понятно, почему рождение джета не связано с молниями: он сам – молния. Но, возможно, более близкой аналогией является разряд внутри грозового облака, который питает энергией канал молнии. В этом случае понять природу джетов будет еще труднее, поскольку теория таких разрядов находится в начальной стадии развития.
Красным спрайтам посвящено наибольшее число наблюдений и публикаций. Это настоящие поп-звезды среди высотных атмосферных разрядов. Иногда кажется, что интерес к ним столь же перегрет, как и к популярным певцам. Чем же они заслужили такое внимание? Дело, вероятно, в том, что их несложно наблюдать (если, конечно, знать о том, что это возможно). Каждые сутки на земном шаре рождаются десятки тысяч спрайтов, и просто удивительно, что их так долго не замечали.
Спрайты – очень яркие объемные вспышки, возникающие на высоте 70—90 километров и спускающиеся вниз на 30—40 километров, а иногда и больше. В верхней части их ширина достигает порой десятков километров. Это самые объемные из высотных разрядов. Как и эльфы, спрайты состоят в прямом родстве с молниями, но не со всеми. Большинство молний бьет из той части облака, которая заряжена отрицательно (она в среднем расположена ближе к земле). Но 10% молний, достигающих земли, стартуют из области положительного заряда, а так как основная область расположения положительного заряда больше, чем отрицательного, то положительные молнии мощнее. Считается, что именно такие мощные разряды порождают спрайты, вспыхивающие в мезосфере примерно через сотую долю секунды после разряда класса «облако – земля».
Красно-фиолетовый цвет спрайтов, как и у эльфов, связан с атмосферным азотом. Верхняя часть спрайта светится однородно, а вот ниже 70 километров разряд как будто сплетается из каналов толщиной в сотни метров. Их структура – самая интересная для изучения особенности спрайтов. Каналы называют стримерами по аналогии с хорошо известными разрядами-иголочками у острых краев предметов в грозовую погоду и у высоковольтных проводов. Правда, толщина земных стримеров порядка миллиметра, а в спрайтах они в 100 000 раз больше. Пока неясно, почему диаметр стримеров так сильно увеличивается – гораздо быстрее, чем падает с высотой давление воздуха.
Гало – это однородное красновато-фиолетовое свечение на высоте около 80 километров. Причина разряда, видимо, та же, что и у верхней части спрайтов, но в отличие от них гало всегда возникает прямо над вспышкой молнии. Спрайты же позволяют себе вольность находиться где-нибудь сбоку. Существует, видимо, некая связь между спрайтами и гало, но ее механизм пока неясен. Они появляются то вместе, то порознь. Возможно, гало и есть верхняя часть спрайтов, когда напряженности электрического поля не хватило, чтобы разряд распространился в более плотный нижний воздух.
Один из мощных штормов в атмосфере Сатурна. Подобные шторма – источники характерных для молний радиосигналов. Фото: NASA/JPL/SPACE SCIENCE INSTITUTE
Громовержец вне конкуренции?
Среди других планет вспышки молний надежно обнаружены пока только на Юпитере. В 1979 году их впервые зарегистрировала видеокамера межпланетной станции «Вояджер-1». Исследования с «Вояджера-2» и «Галилео» подтвердили эти результаты. По-видимому, эти молнии похожи на межоблачные разряды земного типа. Но обнаружить молнии можно не только по вспышкам. На Земле, например, за грозовой активностью следят по радиоизлучению электрических разрядов. В мощных атмосферах планет-гигантов радиоизлучение распространяется гораздо дальше, чем видимое. Правда, уйти в космос могут только высокочастотные (мегагерцовые) радиоволны, способные преодолеть ионосферу планеты. Первые же добравшиеся до Юпитера аппараты зарегистрировали это характерное излучение, а станция «Кассини», пролетая мимо Юпитера на пути к Сатурну, смогла оценить параметры молний внутри планеты. Похоже, Юпитер не зря назван в честь бога-громовержца, его молнии в тысячи раз превосходят по мощности земные Электрические разряды на планетах ищут не только ради изучения их физических свойств. Существует влиятельная гипотеза, что многие нужные для возникновения жизни молекулы появились под действием молний. Так что они, наряду с подходящей атмосферой, могли быть предпосылками возникновения жизни. Вот почему интерес к молниям так высок и планетное электричество ищут все без исключения межпланетные миссии. К сожалению, однозначный ответ пока есть только для Юпитера. Много надежд связывалось с Титаном, крупным спутником Сатурна. Давление там всего полторы атмосферы, а ветры с высокой скоростью гонят метановые тучи с нужным содержанием капель. Но… молнии так и не обнаружили. Спускаемый аппарат «Гюйгенс» зарегистрировал радиоизлучение в диапазоне 180—11 000 герц, но эти измерения не причисляют к надежным доказательствам. Возможно, это «шумит» ионосфера Титана. На самом Сатурне молний пока не видели, но есть все основания считать, что они там полыхают. Сперва «Вояджеры» обнаружили характерные высокочастотные электромагнитные сигналы, потом станция «Кассини» записала во время шести штормов несколько сотен радиосигналов, очень похожих на излучение земных молний. Правда, потом, в 2006 году, наступило длительное затишье. Лишь в ноябре 2007-го на Сатурне вновь начались грозы, сигналы которых надежно фиксировались крупнейшим в мире декаметровым радиотелескопом УТР-2 (Харьков, Украина). По мощности радиоизлучения молнии Сатурна в 10 тысяч раз превосходят земные, но увидеть их ни в видимом, ни в инфракрасном диапазоне не удается. Вероятно, они вспыхивают очень глубоко внутри Сатурна. На Уране и Нептуне «Вояджер-1» зафиксировал несколько электромагнитных вспышек, подобных радиосигналам на Сатурне. Скорее всего, молнии сверкают и там, но тоже в плотной газовой утробе планет. После «Вояджера» космические аппараты к Урану и Нептуну не приближались. Так что вся надежда на чувствительность новых радиотелескопов.
Глобальная электрическая цепь
И вот пришла очередь главного героя – земного атмосферного электричества. Через все эти спрайты, джеты, гало в ионосферу течет электрический ток. Но куда он девается дальше? Еще со школы мы знаем, что устойчивый ток возможен только в замкнутом контуре. Ионосферу и землю можно считать проводниками. В одном случае проводимость обеспечивают свободные электроны, возникающие под действием жесткого солнечного излучения, в другом ионы соленой воды, пропитывающей землю. При разрядах ток может протекать и по воздуху, но ведь в остальное время воздух – хороший изолятор. Прямо в чистом поле в любую погоду стоят ничем не защищенные высоковольтные линии электропередач напряжением до 500 000 вольт. Провода находятся на расстоянии всего нескольких метров друг от друга, но не сгорают от короткого замыкания через воздух. Да, воздух – изолятор, но все же не идеальный. Ничтожное количество свободных зарядов в воздухе есть, и этого достаточно, чтобы замкнуть глобальную электрическую цепь (ГЭЦ). ГЭЦ хорошо известна специалистам, но широкой публике пока малознакома. О ней, к сожалению, не говорят на уроках географии, и она не представлена в популярных географических атласах, где прочно обосновались другие глобальные циркуляционные процессы – от магматических до воздушных.
Модель ГЭЦ предложил еще в 1925 году тот самый Чарлз Вильсон, который через 30 лет просил обратить внимание на высотные разряды над облаками (видимо, на спрайты), а его не послушали. Вильсон рассматривал поверхность Земли и ее ионосферу как две огромные обкладки сферического конденсатора. Разность потенциалов между ними составляет 300—400 киловольт. Под действием этого напряжения к земле по воздуху постоянно течет электрический ток силой около 1000 ампер. Эта цифра может показаться внушительной, но ток распределен по всей поверхности планеты, так что на каждый квадратный километр воды или суши приходится всего пара микроампер, а по мощности вся атмосферная цепь сравнима с одной турбиной крупной гидроэлектростанции. Вот почему совершенно несостоятельна идея (восходящая еще к Николе Тесле) использовать атмосферную разность потенциалов для получения энергии.
На этих редчайших кадрах зарегистрировано возникновение и угасание гигантского джета, вспыхнувшего в 300 километрах от места наблюдения. Фото: STEVEN CUMMER/DUCE UNIVERSITY
Слабость атмосферного тока – прямое следствие низкой проводимости воздуха. Но даже столь небольшой в планетарном масштабе ток разрядил бы глобальный атмосферный конденсатор всего за восемь минут, если бы тот постоянно не подзаряжался. Электродвижущей силой, «пламенным мотором», который заряжает ионосферу положительно, а землю – отрицательно, служат грозы. Внутри грозового облака разность потенциалов гораздо выше, чем между ионосферой и землей. Создается она за счет разделения зарядов в теплых и влажных восходящих потоках, которые возникают в атмосфере над нагретой Солнцем земной поверхностью. По еще не вполне ясным причинам самые мелкие водяные капли и ледяные кристаллики заряжаются положительно, а более крупные – отрицательно. Восходящие потоки легко выносят мелкие положительно заряженные частицы на большую высоту, а крупные, проваливаясь под действием своей тяжести, в основном остаются внизу. Разность потенциалов между заряженными областями внутри электризованных облаков может достигать миллионов вольт, а напряженность поля – 2000 В/см. Словно перезаряжаемые Солнцем батарейки, облака питают всю глобальную электрическую цепь. Бьющие из подошвы облака молнии, как правило, несут к земле отрицательный заряд, а сверху положительный стекает в ионосферу, поддерживая разность потенциалов в глобальном атмосферном конденсаторе.
Прямо сейчас над планетой гремит 1500 гроз, каждые сутки небо прочерчивают 4 миллиона молний, ежесекундно – 50. Из космоса хорошо видно, как пульсирует сердце глобальной электрической цепи. Но молнии – это лишь самые заметные проявления ГЭЦ. Они подобны искрящему контакту в розетке, который трещит и вспыхивает, тогда как по проводам электричество течет незаметно. Токи, идущие в ионосферу от заряженных облаков (причем даже не только грозовых, но и от слоистых), сами по себе обычно не порождают зрелищных эффектов, но иногда, под влиянием особенно мощных молний, эта часть ГЭЦ ненадолго визуализируется.
При разряде молнии во все стороны от нее распространяется сильное возмущение электрического поля. В нижних слоях атмосферы, где нет свободных электронов, эта волна не производит никаких эффектов. На высотах более 50 километров немногочисленные имеющиеся в воздухе свободные электроны начинают разгоняться под воздействием импульса электрического поля.
