Предисловие к русскому изданию

Грозовые явления, связанные с молнией, известны человечеству с глубокой древности. Но только Ломоносов и Рихман в Петербурге, Франклин в Филадельфии, Далибар в Версале независимо друг от друга в 1752-1755 гг. доказали на опыте идентичность природы молнии и электрической искры.

В отличие от Далибара и Франклина, которые для доказательства тождественной природы молнии и электрической искры ограничились проведением единичного опыта, М. В. Ломоносов в «Слове о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих» предложил программу детального изучения атмосферных электрических явлений и причин, их порождающих. Полагая, что одним из основных источников электризации частиц является трибоэлектричество, Ломоносов подчеркнул особую роль в процессах накопления зарядов в атмосфере вертикальных воздушных потоков, «которые не токмо гремящей в воздухе электрической силы, но и многих других явлений в атмосфере и вне оной суть источник и начало».

В современных теориях атмосферного электричества рассматриваются различные механизмы электризации грозовых облаков, которые приводят при достаточно больших значениях полей к разрядам молний. Однако несмотря на большое количество работ — как экспериментальных, так и теоретических — до сих пор нет однозначного ответа на вопрос о механизмах возникновения и развития грозового облака и связанных с ним грозовых явлений. В опубликованных монографиях о молниях физические основы их возникновения, скрытые в грозовом облаке, как правило, освещены слабо. Книга Юмана в этом смысле не является исключением. Однако нельзя не учитывать, что из

многочисленных аспектов молниевых разрядов (в облаках, песчаных бурях, снежных метелях, вулканических извержениях и т. д.) автор наиболее детально рассматривает разряд линейной молнии, возникающий в грозовом облаке или между облаком и землей. Такое сознательное ограничение круга рассматриваемых вопросов позволяет автору изложить на основании известных литературных источников лишь общие физические соображения о разделении зарядов в облаках, сосредоточив основное внимание на физике самого разряда.

Из сказанного следует, что книга Юмана представляет собой современный и многогранный обзор методов и результатов исследований в области физики молний. Первая глава вводит читателя в круг современных представлений о молнии. Рассматриваются понятия ступенчатого и стреловидного лидеров, возвратного удара, явление разряда молнии между облаками и между облаком и землей. Эта общая картина служит фундаментом для обсуждения результатов более детальных исследований разрядов молний в последующих главах.

Во второй главе описываются методы фотографирования молнии, в частности, один из современных способов высокоскоростной съемки. Отметим при этом, что автор ограничивается изложением результатов исследований, выполненных только в США и в Швейцарии.

В следующей главе кратко излагается извебтный метод определения напряженности электрических полей динамическим полемером и приводятся данные об электрических и магнитны полях, обусловленных медленно меняющимися распределениями зарядов и токов в грозах, а также об изменениях электромагнитных полей при разрядах молний. При этом вводятся элементарные соотношения, связывающие напряженность электростатического поля с расстоянием от точечного заряда в воздухе или в вакууме. Они иллюстрируются графиками изменений напряженности электрического поля для положительного и отрицательного лидеров, движущихся от заряда, помещенного на заданной высоте. Аналогичные соотношения выведены и для плотности магнитного потока". Кроме того, рассматриваются магнитные и радиационные поля, обусловленные разрядами молний, и сделано сравнение их с

напряженностью электрического поля при различных частотах для типичных разрядов.

В четвертой главе излагаются методы и результаты измерения токов молний и на основе статистической обработки экспериментальных данных строятся графики частотного и временного распределений токов и зарядов.

В пятой главе описаны основные методы, теория и результаты спектроскопических исследований разрядов молний, значительно дополняющие диагностическую технику молний, а в шестой — физические характеристики и природа грома.

В заключительной главе, представляющей собой один из наиболее ответственных разделов книги, рассмотрены современные представления о механизме разрядов молнии при наличии пространственного заряда и в его отсутствии, а также даны оценки разности потенциалов, параметров лидера и энергии молнии. Здесь же излагается теория ступенчатого и стреловидного лидеров, а также теория обратного удара.

Несмотря на значительный объем данных наблюдений, что является характерным для исследований в области атмосферного электричества, рассмотренные физические модели основаны скорее на интуиции, чем на теоретическом анализе экспериментальных результатов.

Книга Юмана написана простым языком, изложение построено на основе физических представлений с использованием несложных формул. В связи с этим книга может быть полезна не только для специалистов, но и для широкого круга любознательных читателей.

Надеемся, что перевод книги Юмана «Молния» явится серьезным и полезным вкладом в литературу о физике молний.

Н. В. Красногорская

Предисловие

Эта книга напйсана потому, что нет книги или обзорной статьи о молнии, соответствующей современным требованиям. Недавно вышли книги «Физика молнии» Малана (1963 г.) и «Полет молнии» Шонланда (1964 г.). Они касаются главным образом результатов исследований Шонланда и Малана и их сотрудников в ЮАР. Ни в той, ни в другой книге не рассматриваются важные исследования молнии, проведенные в Соединенных Штатах, Швейцарии и Японии за последние 10—15 лет. В этих книгах мало ссылок на литературу и зачастую некритически рассматриваются предполагаемые механизмы процессов молнии. Вероятно, наилучшим источником знаний о молнии является обзорная статья Шонланда «Разряд молнии», опубликованная в 1956 г. в Handbuch der Physik, хотя и эта статья в некоторой степени сейчас устарела.

Настоящая работа представляет попытку создать книгу, которая бы гармонически охватывала все, что известно к настоящему времени о молнии, отделяла предположения о физических процессах от экспериментальных данных и содержала бы обширные ссылки на литературу по молнии. Есть надежда, что автору удалось в некоторой степени выполнить эти задачи.

«Молния» написана на уровне знаний студентов последних курсов физических и технических специальностей. Однако эту книгу смогут читать и неспециалисты, и, следовательно, она может служить учебником. В общем каждая глава книги построена с использованием сведений, приведенных в предыдущих главах. Гл. 1 представляет общее введение в явление молнии и в терминологию о ней и служит основополагающим материалом для остальных разделов книги. Каждая глава, за исключением

первой и последней, содержит сведения о молнии, полученные с использованием определенной диагностической методики. Рассмотрены такие методы, как фотография измерение электрического и магнитного полей измерение электрического поля спектроскопия и звуковые измерения Гл. 7 посвящена теории разряда молнии. Чтобы книгу мог читать неспециалист и ее можно было использовать в качестве учебника, возникла необходимость определенные темы (например, стреловидный лидер) рассматривать почти во всех главах. Для того чтобы найти нужную ссылку по тому или иному вопросу, читатель может воспользоваться подробным оглавлением.

Я предполагаю внести в книгу уточнения и, если будет необходимо, изменения, чтобы привести ее к современному уровню знаний. Поэтому я буду признателен за получение оттисков всех последующих статей по молнии и указание ранее опубликованных статей, которых я не рассмотрел.

Мартин А. Юман