Наша Земля окружена воздушным океаном — атмосферой. Помимо того, что воздух необходим для жизни человека, животных и растений, он является защитным покровом, предохраняющим Землю днем от палящих лучей солнца, а ночью от чрезмерного охлаждения. В воздухе сгорают мелкие метеориты, бомбардирующие нашу планету.
В атмосфере образуются облака, возникают ветры, бури, ливни, зарождаются грозы. Молнии, сопровождающие грозы,— лишь местные проявления общих электрических процессов, происходящих в атмосфере, и задачей науки является вскрытие внутренних связей между ними. Свойства атмосферы изменяются с высотой.
По мере удаления от земли плотность воздуха уменьшается, и на высоте около 1000 км атмосфера практически переходит в безвоздушное пространство.
Как показали многочисленные измерения, в воздухе имеются свободные заряды: положительные и отрицательные ионы и электроны. По сравнению с числом молекул в одном кубическом сантиметре воздуха количество ионов весьма невелико. Средние концентрации ионов над сушей указывались раньше. Над океанами число положительных ионов в одном кубическом сантиметре воздуха в среднем равно 600, а отрицательных - 500.
Плотность ионов в атмосфере уменьшается с увеличением высоты. Весь этот объемный, преимущественно положительный заряд ионов создает вокруг Земли электрическое поле, которое при ясной, безоблачной погоде направлено сверху вниз. Такое направление поля означает, что на поверхности земли имеется отрицательный заряд.
Так как движение зарядов есть электрический ток, можно заключить, что воздух обладает некоторой проводимостью, величина которой зависит от плотности ионов и силы поля.
Здесь, в ионосфере, рождаются красивые полярные сияния и мощные магнитные бури, здесь происходит отражение радиоволн, что позволяет поддерживать радиосвязь при помощи коротких волн на больших расстояниях.
Получается, что наша планета и ионосфера образуют гигантских размеров шаровой конденсатор, изолирующей прослойкой которого служит воздух. Между обкладками этого конденсатора постоянно существует напряжение около 200 000 в, под действием которого течет ток.
Откуда же берутся ионы в атмосфере?
После открытия свободных электрических зарядов и выяснения сущности электропроводимости воздуха возникла проблема атмосферного электричества. Началось изучение причин, вызывающих появление свободных зарядов.
Многочисленные исследования привели к решению загадки о появлении свободных зарядов. Оказалось, что существует несколько источников ионизации воздуха. Основным ионизирующим фактором на больших высотах являются космические лучи, состоящие из протонов, электронов и частично из фотонов.
Эти частицы материи, как показывает само название, приходят из глубин вселенной в нашу атмосферу и, соударяясь с молекулами воздуха, их ионизируют, в результате чего появляются свободные электрические заряды. Другим фактором ионизации в верхних слоях атмосферы являются ультрафиолетовые лучи солнца. Это те самые лучи, которые вызывают коричневый загар нашей кожи.
В больших дозах их действие губительно для живых организмов. Атмосфера сильно поглощает ультрафиолетовые лучи, предохраняя от их губительного действия. Энергия этих лучей в верхних слоях атмосферы идет на ионизацию молекул воздуха.
Таким образом, в создании электричества атмосферы земли участвуют многие небесные тела, разбросанные в просторах космоса.
Под действием электрического поля положительные ионы, имеющиеся в атмосфере, будут двигаться к земле и, падая на ее поверхность, заряжать ее положительно. В связи с этим отрицательный заряд земли должен был бы уничтожаться, и происходило бы это в течение всего лишь 20 - 30 мин.
Но так как в действительности этого не происходит, то, следовательно, должны существовать какие-то источники пополнения отрицательного заряда земли.
Решая проблему сохранения баланса заряда земли, ученые пытались увязать ее с вопросами молнии и другими, сопутствующими грозовой деятельности явлениями.
При наличии сильного электрического поля, под грозовым облаком на остроконечных предметах - деревьях, мачтах, шпилях, кустарниках и даже траве, начинается коронный разряд. Освобождающиеся при этом отрицательные заряды устремляются к земле, а положительные поднимаются вверх.
Таким образом, происходит пополнение земли отрицательными зарядами на площади действия поля грозового облака. Другим источником восполнения убыли отрицательного заряда земли являются молнии.
Экспериментальные исследования и весьма приближенные подсчеты, сделанные на их основании, показывают, что в удержании отрицательного заряда земли первый фактор играет наиболее существенную роль.
Электричество атмосферы совершает свой круговорот подобно воде, которая, испаряясь, поднимается в атмосферу и снова выпадает на поверхности земли в виде осадков.
Грозовая туча как бы является электрическим генератором, положительным полюсом которого служит верх, а отрицательным - низ облака. Генератор этот способен давать ток в несколько ампер при напряжении в десятки миллионов вольт, что означает мощность в сотни тысяч киловатт.
Эта колоссальная мощность направлена на перекачку зарядов, собираемых с громадных поверхностей земли в верхние слои атмосферы.
