6. Гром

6.1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК

Как уже сказано, существует два вида испарений, влажные и сухие; их комбинация (воздух) в потенции содержит оба вида. Испарения сгущаются в облака, облака утолщаются до определенного предела... Но любые сухие испарения, которые захватываются в ходе охлаждения воздуха, с силой выталкиваются после сгущения облака и при этом ударяются об окружающие облака; звук, вызываемый этим ударом, и есть то, что мы называем громом.

Аристотель, «Метеорологика».

Прежде всего, небеса лазурные гром сотрясает В силу того, что, летя высоко в пространствах эфира, Тучи сшибаются там под натиском ветров противных.

Лукреций Кар., «О природе вещей», книга VI, перевод с латинского Ф. А. Петровского.

...Звук, который мы называем громом, является следствием того элементарного факта, что воздух, пронизываемый электрической искрой, т. е. вспышкой молнии, нагревается скачком до высокой температуры и вследствие этого значительно увеличивается в объеме. Столб газа, резко нагревающийся и расширяющийся, иногда протягивается на несколько километров, и, поскольку продолжительность вспышки не достигает даже миллионной доли секунды, источником грохота становится одновременно весь столб, хотя наблюдателю кажется, что он исходит из точки молнии, находящейся на кратчайшем расстоянии.

...Начало удара грома дает нам минимальное расстояние до молнии, а продолжительность удара грома определяет длину столба.

Гирн, Громовые раскаты, Sci Am., 59, 201 (1888).

По мнению Аристотеля [5], гром предшествует молнии, причем молния является воспламенившимся ветром, который возникает после удара сухих испарений в облако. Лукреций [26] считал, что молния и гром возникают одновременно, причем как молния, так и гром являются

результатом столкновения облаков. И Аристотель и Лукреций знали, что наблюдатель видит молнию раньше, чем слышит гром. Согласно Лукрецию, это происходит «потому, что всегда до ушей достигают медленней звуки, чем то, что дает впечатление глазу». Подобной точки зрения придерживался и Аристотель, который отметил, что «весла уже заносятся назад в то время, как звук, который они произвели, наконец достигает нас».

В 1637 г. Декарт [21] предположил, что гром возникает в результате падения высоколежащих облаков на низкие, а звук передается в результате резонансных колебаний воздуха между облаками.

Согласно Ремиларду [34], Роберт Гук (открывший закон Гука, который связывает деформацию упругих тел с величиной приложенной силы) в середине XVII в. первым предположил, что продолжительность грома вызвана различием в расстояниях между наблюдателем и отдельными участками молнии.

В 1738 г. Де Лисл [16] опубликовал результаты своих измерений интервалов времени между вспышкой и приходом первого звука, а также продолжительности грома. Эти данные воспроизведены и проанализированы Ремилардом [34]. Особенно важно наблюдение Де Лислом того факта, что гром редко слышится на расстояниях больше 25 км от места удара молнии. Объяснение этому дано Флиглем [19] и обсуждается в разд. 6.3.2.

Обзор данных по грому до середины XIX в. сделал Араго [4]. По-видимому, общепринятой в середине прошлого столетия была так называемая «вакуумная теория». Предполагалось, что разряд молнии создает вакуум на своем пути, а гром возникает в результате последующего заполнения воздухом этого вакуума. Сам Араго не придерживался этой точки зрения и считал, что правильное объяснение грома еще необходимо найти.

Во второй половине XIX — начале XX в. были опубликованы различные теории грома. Мерсон в 1870 г. [29] предположил, что «электричество, проходя от облака к облаку, или от облака к земле, разлагает воду на составляющие газы; за счет высокой температуры эти газы раскаляются, и взрываются, образуя снова воду». Звук этого взрыва, по Мерсону, и является громом. Аналогичную

теорию выдвинул Бейтс [7]. Рейнольде [35] высказал предположение, что гром является результатом «паровых взрывов», возникающих при нагреве разрядом молнии воды в канале разряда. Лион [27] подверг критике как теорию химического взрыва, так и теорию парового взрыва, отметив, что лабораторные искры порождают звук в атмосфере в отсутствие воды или взрывающихся газов. Теория грома Лиона аналогична теории Гирна [22], упомянутой в начале этого раздела. Объяснение Гирном механизма грома, за исключением ошибочного определения продолжительности вспышки, остается общепринятым до сегодняшнего дня.

Исторический очерк об исследовании грома можно закончить обзором работ Винемы [47—49], который интересовался преимущественно вопросом, как далеко можно услышать гром. Винема провел наблюдения почти всех доступных гроз в 1895-1916 гг. Он подтвердил вывод Де Лисла [16] о том, что обычно гром нельзя услышать дальше 25 км от разряда молнии. Однако ему удалось зарегистрировать отдельные случаи, когда гром был слышен на расстояних до 100 км.