Молния

Определение "Молния" в Большой Советской Энциклопедии

Развитие наземной молнии (схема)

Молния, гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, проявляющийся обычно яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Электрическая природа Молния была раскрыта в исследованиях американского физика Б. Франклина, по идее которого был проведён опыт по извлечению электричества из грозового облака.

Наиболее часто Молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда Молния образуются в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Обычно наблюдаются линейные Молния, которые относятся к т. н. безэлектродным разрядам, т. к. они начинаются в скоплениях заряженных частиц. Это определяет их некоторые, до сих пор необъяснённые свойства, отличающие Молния от разрядов между электродами. Так, Молния не бывают короче несколько сотен м; они возникают в электрических полях значительно более слабых, чем поля при межэлектродных разрядах; сбор зарядов, переносимых Молния, происходит за тысячные доли секунды с мириадов мелких, хорошо изолированных друг от друга частиц, расположенных в объёме несколько км³. Наиболее изучен процесс развития Молния в грозовых облаках, при этом Молния могут проходить в самих облаках - внутриоблачные, а могут ударять в землю - наземные. Для возникновения Молния необходимо, чтобы в относительно малом (но не меньше некоторого критического) объёме облака образовалось электрическое поле (см. Атмосферное электричество) с напряжённостью, достаточной для начала электрического разряда (~ 1 Мв/м), а в значительной части облака существовало бы поле со средней напряжённостью, достаточной для поддержания начавшегося разряда (~ 0,1-0,2 Мв/м). В Молния электрическая энергия облака превращается в тепловую.

Процесс развития наземной Молния состоит из несколько стадий. На первой стадии в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными электронами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с атомами воздуха, ионизуют их. Т. о. возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов - стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью - ступенчатому лидеру Молния (рис., а, б). Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков м со скоростью ~ 5×10⁷ м/сек, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков мксек, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков м. Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 2×10⁵ м/сек. По мере продвижения лидера к земле напряжённость поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Эта особенность Молния используется для создания молниеотвода. В заключительной стадии по ионизованному лидером каналу (рис., в) следует обратный, или главный, разряд Молния, характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч а, яркостью, заметно превышающей яркость лидера, и большой скоростью продвижения, вначале доходящей до ~ 10⁸ м/сек, а в конце уменьшающейся до ~ 10⁷ м/сек. Температура канала при главном разряде может превышать 25 000 °С. Длина канала Молния 1-10 км, диаметр - несколько см. После прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение ослабевают. В финальной стадии ток Молния может длиться сотые и даже десятые доли сек, достигая сотен и тысяч а. Такие Молния называют затяжными, они наиболее часто вызывают пожары.

Главный разряд разряжает нередко только часть облака. Заряды, расположенные на больших высотах, могут дать начало новому (стреловидному) лидеру, движущемуся непрерывно со средней скоростью ~ 10⁶ м/сек. Яркость его свечения близка к яркости ступенчатого лидера. Когда стреловидный лидер доходит до поверхности земли, следует второй главный удар, подобный первому. Обычно Молния включает несколько повторных разрядов, но их число может доходить и до нескольких десятков. Длительность многократной Молния может превышать 1 сек. Смещение канала многократной Молния ветром создаёт т. н. ленточную Молния - светящуюся полосу.

Внутриоблачные Молния включают в себя обычно только лидерные стадии; их длина от ~ 1 до 150 км. Доля внутриоблачных Молния растет по мере смещения к экватору, меняясь от 0,5 в умеренных широтах до 0,9 в экваториальной полосе. Прохождение Молния сопровождается изменениями электрических и магнитных полей и радиоизлучением, т. н. атмосфериками. Вероятность поражения Молния наземного объекта растет по мере увеличения его высоты и с увеличением электропроводности почвы на поверхности или на некоторой глубине (на этих факторах основано действие громоотвода). Если в облаке существует электрическое поле, достаточное для поддержания разряда, но недостаточное для его возникновения, роль инициатора Молния может выполнить длинный металлический трос или самолёт - особенно, если он сильно электрически заряжен. Таким образом иногда «провоцируются» Молния в слоисто-дождевых и мощных кучевых облаках.

Особый вид Молния - шаровая Молния, светящийся сфероид, обладающий большой удельной энергией, образующийся нередко вслед за ударом линейной Молния Длительность существования шаровой Молния от секунд до минут, а исчезновение Молния может сопровождаться взрывом, вызывающим разрушения. Природа шаровой Молния ещё не выяснена. Молния, как линейная, так и шаровая, могут быть причиной тяжёлых поражений и гибели людей.

Удары Молния могут сопровождаться разрушениями, вызванными её термическими и электродинамическими воздействиями, а также некоторыми опасными последствиями, возникающими в результате её электромагнитного и светового излучения. Наибольшие разрушения вызывают удары Молния в наземные объекты при отсутствии хороших токопроводящих путей между местом удара и землёй. От электрического пробоя в материале образуются узкие каналы, в которые устремляется ток Молния Поскольку в каналах создаётся очень высокая температура, часть материала интенсивно испаряется со взрывом. Это приводит к разрыву или расщеплению объекта, пораженного Молния, и воспламенению его горючих элементов. Наряду с этим возможно возникновение больших разностей потенциалов и электрических разрядов между отдельными предметами внутри строения. Такие разряды могут также явиться причиной пожаров и поражения людей электрическим током. Часто прямым ударам Молния подвергаются сооружения, возвышающиеся над окружающими строениями, например неметаллические дымовые трубы, башни, пожарные депо, и строения, отдельно стоящие в открытой местности. Очень высокие объекты (телевизионные мачты, привязные аэростаты) могут быть поражены Молния в точках, лежащих заметно ниже их вершины; этот эффект связан с воздействием на путь Молния объёмных зарядов, создаваемых в атмосфере этими объектами. Весьма опасны прямые удары Молния в воздушные линии связи с деревянными опорами. Атмосферные перенапряжение с большой амплитудой, попав в линию, распространяется по проводам и может вызвать электрические разряды с проводов и электроаппаратуры (громкоговорителей, телефонных аппаратов, выключателей и т. п.) на землю и на различные предметы, что может привести к разрушениям, пожарам и поражению людей электрическим током. Прямые удары Молния в высоковольтные линии электропередачи вызывают электрические разряды с провода на землю или между проводами; эти разряды часто переходят под действием рабочего напряжения линии в электрическую дугу, приводящую к коротким замыканиям и отключению линии. Атмосферное перенапряжение, попадая с линии на оборудование станций и подстанций, вызывает разрушение изоляции (пробой), аппаратуры и машин. Попадание Молния в самолёт может привести к разрушениям элементов конструкции, нарушению работы радиоаппаратуры и навигационных приборов, ослеплению и даже непосредственному поражению экипажа. При ударе Молния в дерево разряд может поразить находящихся около него людей; опасно также напряжение, возникающее вблизи дерева при растекании с него тока Молния на землю.

Лит.: Стекольников И. С., Физика молнии и грозозащита, Молния - Л., 1943; Разевиг Д. В., Атмосферные перенапряжения на линиях электропередачи, Молния - Л., 1959; Юман Молния А., Молния, пер. с англ., Молния, 1972; Имянитов И. Молния, Чубарина Е. В., Шварц Я. Молния, Электричество облаков, Л., 1971; Имянитов И. Молния, Тихий Д. Я., За гранью закона, Л., 1967.
  И. Молния Имянитов.