Проф. И.А.СТЕПАНЮК,
РГГМУ, г. Санкт-Петербург

Управление молниями

Может ли человек управлять молниями? Казалось бы, несмотря на всё своё современное могущество, на отработанные технологии управления атомной энергией и прочие возможности, перед грозовым буйством стихии человек может всего лишь затаиться: авось пронесёт. И правильно.

Крупнейший специалист по грозовому электричеству проф. И.М.Имянитов написал несколько простых правил по отношению к шаровым молниям, но здесь они вполне уместны. Одно из них гласит: «Не трогайте шаровую молнию руками». Действительно, вдруг кому-нибудь захочется потрогать этакий небольшой светящийся шарик.

В средних широтах грозы воспринимаются нами как-то более привычно. Однако, если житель средних широт попадает в тропическую грозу, как, например, в своё время автор, то ему действительно становится страшно. В частности, тропическая гроза над океаном – это почти непрерывно сверкающие молнии, сплошной грохот и взмывающие вокруг столбы воды. Последнее требуется пояснить. Когда молния ударяет в воду, то возникает так называемый электрогидравлический удар, он-то и приводит к появлению узких и высоких столбов воды.

Но, удивительное дело, есть люди, которые не боятся молний и даже устраивают состязания «на молниях». Эти люди – некоторые африканские колдуны [1].

Подготовка

«…Ударь, молния, уничтожь… Слушай меня, демон бури, слизни его своим красным языком. Плюнь на него дождём своим! Преврати его в ничто, сделай жижей мозг костей его! Сотри его дыханием своим! Проткни его сердце и выжги там ложь!..» – это всего лишь отрывок из заклинания молнии, которое весьма экспрессивно, судя по имеющимся описаниям, произносит колдун перед боем.

Такие бои колдунов ни у кого из коренных жителей Южной Африки не вызывают удивления. Известный знаток африканский обычаев Г.Хаггард, описал одно из таких состязаний.

«– Подожди, белый человек, – сказал вождь, – посмотри, как колдуны, вызывающие дождь, станут бороться с молнией». Кстати, этот любознательный «белый человек» попросил вождя разрешить ему осмотреть место поединка заранее. Имея довольно хорошее образование, он легко понял, что холм, на котором колдуны собираются состязаться в искусстве управления молниями, имеет выходы железной руды. В это место чаще всего ударяли молнии во время грозы.

Подобные места для поединка на молниях африканские племена выбирают всегда. Видимо, они прекрасно понимают, что «вызвать молнию» где-нибудь на равнине очень трудно. Но можно использовать возвышения на равнине. Например, отдельно стоящие деревья, холмы и что-либо подобное.

Задача в состязании колдунов – выжить самому среди ударяющих молний и способствовать смерти или травме соперника. Вовсе необязательно убивать. Достаточно, если соперник окажется менее искусным в поединке. Для присутствующих зрителей эта задача выглядит как умение управлять «небесным огнём». Только с этим умением можно победить. Зрителями и судьями является всё племя, собравшееся на безопасном удалении. Именно к победителю будут впоследствии приходить за разными советами, принося, как положено, щедрые дары. Так что состязание колдунов не является просто спортивным мероприятием. Это способ обеспечить себе безбедное существование.

Из «технических средств» в состязаниях используются только копья или ассегаи. Во время поединка одновременно с заклинаниями острый конец направляется в сторону противника. На вопрос, понимает ли сам колдун смысл производимых действий, «белый человек», который выше уже упоминался, неожиданно получил ответ: «…небесный огонь спускается по железу…»

Состязание

Колдуны выбирают себе личное место на холме поединка, руководствуясь соображениями как собственной безопасности, так и эффекта воздействия на зрителей. Ведь надо показывать, что молнии удаётся направить на противника, и, главное, при всём этом выжить. Задачи получаются чрезвычайно непростыми.

«…При вспышках молний я видел колдунов. Они медленно сходились, направив ассегаи друг на друга. Я различал каждое их движение, и мне казалось, что молнии, ударяясь в породу, окружили их огненным кольцом...» – так описывает Хаггард острый момент состязания.

И ещё один острый момент: «…мы увидели обоих колдунов – их разделяло не более десяти метров. Огромная молния ударила в землю между ними, и они зашатались. Индаба-Зимби первым пришёл в себя, во всяком случае, при свете следующей молнии он стоял уже совершенно прямо, направив ассегай на противника. Сын вождя тоже держался на ногах, но шатался, словно пьяный, и ассегай выпал у него из рук».

И вот закономерный финал: «…мне показалось, что молния ударила с востока и пронеслась над головой Индаба-Зимби. В следующий миг она как бы заключила в себя сына вождя – он оказался в самой её сердцевине. Затем оглушительно прогрохотал гром…»

Тем самым, из двух состязавшихся колдунов «сын вождя» потерпел поражение. Причём не просто поражение – он погиб. Осмотр показал, что волосы на его голове сгорели, медные браслеты, украшавшие руки, расплавились. Интересно, что его ассегай, который он выпустил из рук во время поединка, оказался разлохмаченным в щепки.

Немножко физики

Выглядит всё это, как фантастика. Как может обычный человек, пусть даже непонятный нам колдун, «управлять» молниями? Да это просто невозможно! Молния – это молния, куда она ударит, неизвестно. Даже современный человек, попадающий в грозу, с беспомощностью смотрит на разбушевавшуюся стихию. Ведь, действительно, ничего не сделаешь, а молитвам обычно не обучен. Помнятся только советы стариков: «Не прячься под одиноким деревом, лучше вымокни под дождём».

Чем же пользуются колдуны? Конечно, жуткие заклинания можно оставить в стороне. Вряд ли они имеют какое-нибудь значение. Хотя, кто знает?.. Психологическое действие заклинаний, видимо, играет свою роль. «…Гораций, много в мире есть того, что вашей философии не снилось…» – это из «Гамлета».

Попробуем проанализировать то, что понимаем. В грозовом облаке формируются ячейки как с положительными, так и с отрицательными зарядами. Из-за индукции появляется «электрическое отображение» облака в земле. Облако, двигаясь над землёй, «тащит» это отображение за собой. Где-то возникают условия для накопления «перетаскиваемых» зарядов, и там происходит разряд между облаком и землёй.

Выходы железных руд – это электропроводящие зоны. А накопление интенсивнее там, где более проводящие участки. Молния ударяет туда, где накапливаются заряды, или (второй вариант), где зона с зарядами оказывается ближе к облаку (холм, одинокое дерево). Зная эти особенности, легко объяснить выбор места поединка.

Какова же роль ассегая или копья? По мнению большинства зрителей, у колдунов они волшебные, заговорённые. А с позиций физики важен не заговор, а насколько хорошо отточены наконечники копья либо ассегая, и из какого дерева сделано древко.

Древко должно быть достаточно электропроводящим. Через эту систему (электропроводящее древко и отточенный наконечник) заряды от земли стекают в воздух и уносятся ветром. При хорошей заточке заряды стекают легко. Древко можно упереть в землю, тогда обеспечивается «стекание» зарядов с некоторого участка поверхности. Можно держать руками или упереть в тело – это очень опасно, но снимает заряды с тела. В общем, существуют некоторые возможности защиты.

По современным понятиям, у колдуна в руках оказывается элементарный молниеотвод. При умелом использовании он «обеззараживает» зону вокруг человека, а облако стекающих зарядов, если оно уносится в сторону противника, как бы «притягивает» молнию к противнику.

Но наверняка никто из читателей не стремился приблизиться к обычному молниеотводу во время грозы. И не стоит этого делать. Ведь надёжность «стекания» весьма ограничена. И молния может ударить прямо в молниеотвод. Существует даже точка зрения, что молниеотвод «…перехватывает ток молнии, чтобы увести его в землю…» (это написано в давнем учебнике для студентов [2]).

Неужели колдуны всё это знают? Несомненно, нет. Имеющиеся у них «знания» являются чисто эмпирическими. «Вот в этот холм чаще всего ударяет небесный огонь, ассегай, если им правильно пользоваться, помогает увести небесный огонь в сторону» или в землю («небесный огонь стекает по железу») и т.д.

Сын вождя в описанном поединке, наверное, пользовался «громоотводом» неумело. Да и древко его ассегая, видимо, обладало низкой электропроводностью, заряды не смогли свободно стекать, недаром он его отбросил, и недаром оно оказалось разлохмаченным. Причём оно не обуглилось, для этого нужен огонь и время, оно именно «разлохматилось» от удара разряда. Ведь длительность разряда молнии невелика. В сумме – несколько долей секунды. Здесь написано «в сумме», поскольку мы обычно видим один разряд, а на самом деле их много, в эти «десятые доли» секунды вмещается до десятка разрядов.

О молниях

Итак, в грозовом облаке есть накопление электрических зарядов. Но откуда эти заряды взялись? На эту тему написано много книг, например [3, 4]. Это довольно сложные книги. И в них нет однозначных ответов на поставленный вопрос. Дело в том, что получение ответа связано с необходимостью проведения прямых измерений внутри грозового облака. А вот что из этого может получиться, несложно узнать, прочитав замечательный роман Д.Гранина «Иду на грозу». Фамилии героев романа вымышлены, однако их прототипы реально существовали и были хорошо известны всем гидрометеорологам. Но роман Д.Гранина – всё-таки художественное произведение. А как на самом деле велись исследования в этой области, лучше всего узнать, прочитав популярную книгу уже упоминавшегося профессора И.М.Имянитова [5].

Очень интересная модель формирования электрических зарядов в кучево-дождевом облаке разработана на кафедре экспериментальной физики атмосферы РГГМУ под руководством проф. Л.Г.Качурина [3]. Её основой является кристаллизация аэрозолей в верхней части облака и их взрывоподобное раскалывание. При кристаллизации очень чистой воды образуется большая разность потенциалов (до 100–140 В) между жидкой и твёрдой фазами. После раскалывания замерзающей крохотной капельки (снаружи лёд, внутри ещё вода) происходит первичное разделение электрических зарядов. В ледяных осколках остаётся преимущественно положительный заряд, а в остатках воды – отрицательный. В дальнейшем конвективный процесс в облаке «растаскивает» их по грозовым ячейкам. Эта модель позволила в дальнейшем разрабатывать технологии снижения грозоопасности облаков.

Молнии хорошо видны на экране радиолокатора (рис. 1). Длительность самого разряда невелика (не более 0,1 с), а время фотоэкспозиции 1 с, поэтому на фотографии зафиксировано несколько молний, хотя на самом деле они смещены во времени.

Рис. 1. Молнии на экране радиолокатора. Экспозиция 1 с

Современные колдуны

Если бы африканскому колдуну с ассегаем, управляющему молнией, показать современного физика, который, нажав на кнопку некоторой установки, вызывает молнию в требуемое время и в требуемое место, то африканский колдун преисполнился бы колоссального уважения. Он решил бы, что это более сильное колдовство, чем то, которым владеет он. Колдовство – это то, что лежит за пределами нашего знания.

В современной науке иногда используют идею «спускового крючка». Нажали на крючок, и произошёл выстрел. Или взрыв. Или взлетела ракета. Изначальное действие (акустическое, механическое) вовсе не должно быть мощным. Достаточно тихой команды. Главное, чтобы в некоторой системе была накоплена энергия и установлены надёжные внутренние связи. Применительно к молниям современный физик нажатием на кнопку запускает в действие некоторую систему инициации грозового разряда.

Самый простой вариант инициации – это быстрое создание некоторой возвышенности. На суше это мало реально. А вот в море – пожалуйста. На рис. 2 показан разряд молнии в море через фонтан воды от глубинного взрыва. Механизм вполне понятен. Морская вода является электропроводной. Поэтому «перекачка» индуцированных зарядов в «электрическом отображении» облака происходит очень быстро – заряды сосредотачиваются в фонтане взрыва. Туда и ударяет молния.

Рис. 2. Инициирование молнии фонтаном глубинного взрыва

Но невозможно разряжать насыщенное электричеством облако, постоянно что-нибудь взрывая. Необходимо искать другие пути. Например, создавать электропроводящие каналы в атмосфере, через которые электрические заряды облака будут устремляться к земле. Простейший вариант такого канала – это проволока, которую надо «закинуть» повыше. А чем? Например, ракетой класса «земля–воздух».

Учёные не прошли мимо такой идеи. Первые опыты проводились в море. На борту судна устанавливалась катушка со стальной проволокой. Проволока прикреплялась к ракете. Сама же катушка через искровой промежуток заземлялась на море. Ракета выстреливалась по направлению к грозовому облаку. Часть тока от катушки отводилась к измерительной системе.

После экспериментов в морских условиях начались подобные ракетные обстрелы на суше. На рис. 3 показан разряд молний через ракету с проволокой в эксперименте, проведённом французскими учёными. Разряд в ракету класса «земля–воздух» был спровоцирован после её подъёма на высоту примерно 100 м. Молния, так называемый разряд-лидер, ударила в саму ракету (ток в лидере порядка 100 А) и через проволоку ушла на землю. В результате проволока за очень короткое время (10^–3–10^–2 с) испарилась. Образовался электропроводящий канал, который впоследствии в научной литературе начали называть плазменным металлическим каналом.

Рис. 3. Инициирование молнии с помощью ракеты класса «земля–воздух» с разматываемой проволокой. Обозначения: 1 – ветвистые разряды от плазменного металлического канала к облаку; 2 – основной разряд облака на землю

Но ведь проводящий канал в атмосфере можно создать не только с помощью проволоки. Ионизацию могут обеспечивать потоки высокоэнергетических частиц или, например, лазеры. И то и другое использовалось в экспериментах.

Для лазерной системы, конечно, недостаточно обычного лазера. Нужен очень мощный. Желателен лазер с так называемой самофокусировкой луча. У таких лазеров луч на весьма больших расстояниях не расходится. Это-то и важно. Лазерный луч всего лишь ионизирует воздух, «прокладывая дорогу». Примерно так же, как и плазменный металлический канал. По этой дороге устремляются накопленные в облаке заряды. Соответственно сверкает молния и грохочет гром. Колдовство! Но когда ясна физическая сущность всех происходящих процессов, то колдовство превращается в технологию.

Однако, что делается с лазером, когда в него ударяет молния? Понятно, что делается. Поэтому нужна разработка систем съёма гигантских электрических токов. Причём в импульсе. Пока не существует надёжных подобных систем. Да и молния иногда не желает ударять в созданный ионизированный канал, а бьёт прямо в лазер.

Что же касается описанных здесь методов африканских колдунов, то колоссальный риск, на который они идут, невольно вызывает уважение. Сейчас многие увлекаются экстремальными видами спорта. Возможно, когда-нибудь среди этих видов появится спортивное состязание «на молниях».

Литература

1. Степанов И. (И.А.Степанюк). Африканские колдуны: бой на молниях. – НЛО, 2006, № 13.

2. Тверской П.Н. Курс метеорологии. – Л.: Гидрометеоиздат, 1962.

3. Мучник В.М. Физика грозы. – Л.: Гидрометеоиздат, 1974.

4. Качурин Л.Г. Физические основы воздействия на атмосферные процессы. – Л.: Гидрометеоиздат, 1990.

5. Имянитов И.М. Тропинка в атмосфере. – Л.: Гидрометеоиздат, 1982.