Молнии всегда привлекали внимание человека. С древних времен они наводили страх, ассоциировались с гневом богов или надвигающимися катаклизмами. Лишь с развитием науки ужас перед непознанным явлением природы начал постепенно сменяться желанием призвать эту необузданную силу природы на службу человеку.
Немного истории
Научные исследования атмосферного электричества начались в XVIII веке, когда исследования электричества вообще позволили предположить, что молния связана с этим физическим явлением.
К началу XIX века научное сообщество уже не сомневалось в электрической природе молний.
В начале ХХ века Никола Тесла предпринимал попытки собрать электричество из атмосферы. А уже с 1980х годов проводились многократные практические исследования по поимке молний – электрических разрядов, которые распространяются в атмосфере. Наконец, уже ближе к концу ХХ века были открыты другие виды молний: эльфы, спрайты и джеты, образующиеся в верхних слоях атмосферы.
Атмосферное электричество
Электрические токи – движение электронов и ионов – постоянно присутствуют в атмосфере. Это связано с тем, что ультрафиолетовое излучение солнца и космические лучи выбивают электроны из молекул и атомов воздуха, образуя свободные электроны и положительно заряженные ионы. Однако появление электрического тока возможно только при наличии разницы потенциалов. И таким источником разницы потенциалов являются грозы.
Сильная конвекция (по сути – перемешивание), которая возникает в грозовых фронтах, выносит положительно заряженные ионы в верхние слои атмосферы вплоть до ионосферы. Так как на земле всегда происходят грозы, ионосфера постоянно пополняется ионами и, следовательно, постоянно заряжена положительно по сравнению с земной поверхностью – примерно +400 киловольт разницы.
Такая разница потенциалов приводит к появлению электрического тока вниз к поверхности земли.
Сколько же всего энергии
Согласно измерениям, в среднем один удар молнии несет 1 гигаджоуль энергии или 277 киловатт-часов. Если принять в расчет, что на земле происходит около 1,4 миллиарда ударов молнии в год, но только 25% из них идут от облаков в землю, мы получим, что:
Согласитесь, по сравнению с нашим текущим аппетитом в 170 тыс ТВт•ч выглядит крайне мало.
К сожалению, даже эта цифра недостижима по ряду причин:
- Эта энергия усредненная, и никто не может предположить, где и насколько мощная молния ударит в землю;
- Энергия молнии распределяется и рассеивается по всей длине, а это значит, что на землю дойдет лишь малая часть из заявленных ГВт•ч.
- Наконец, технологически нужна целая сеть приемников атмосферного электричества, которая должна быть высотой до грозовых облаков (чтобы все-таки собрать весь потенциал) и охватывать хотя бы наиболее вероятные грозовые участки так плотно, чтобы не пропустить ни один разряд.
- Наконец, разряд молнии настолько быстрый, что для его сбора нужны очень мощные и безумно дорогие конденсаторы, что делает всю затею экономически неэффективной.
Тем не менее, идея собирать молнии и использовать их энергию звучит захватывающе!