Почему у пингвинов не мерзнут лапы? и еще 114 вопросов, которые поставят в тупик любого ученого

«Почему молния раздваивается? Каков диаметр молнии?»

Майкл Ли

Лондон, Великобритания

Молния обычно приносит на землю отрицательный за­ряд грозы. Отрицательно заряженная ветвь предшеству­ет видимой молнии, направляется вниз из туч, пронзает воздух, в котором присутствуют положительно заряжен­ные «карманы». Они возникают из-за точечных разрядов ионов, притянутых от земли мощным электрическим по­лем грозы.

Ведущая ветвь молнии разветвляется в попытке найти путь наименьшего сопротивления. Когда одна из ветвей приближается к земле, негативные заряды притягивают положительные ионы вертикальных объектов, таких как трава и деревья, и образуют проводящий путь между ту­чами и землей. Затем негативный заряд уходит в землю, начиная от нижней точки ведущей ветви молнии. Это видимый «обратный удар», свечение которого движется вверх, а заряд — вниз. Ответвления главной ветви, которым не удалось дотянуться до земли, раскаляются сильнее, когда их заряды направляются в главную ветвь.

На снимках толщина ветвей молнии часто выглядит увеличенной из-за передержки пленки. Судя по следам на объектах, поврежденных ударами молнии, диаметр ее ветви составляет 2—100 миллиметров.

Р. Саундерс Группа физики атмосферы, Манчестерский университет, Великобритания

Море волнуется

«Какой механизм преобразует энергию ветра в непрекра­щающуюся череду океанских волн? От чего зависит их ам­плитуда и частота?»

Фрэнк Скахилл

Истонвилл, Новый Южный Уэльс, Австралия

Когда ветер дует над поверхностью воды в море, образу­ется легкая рябь. Волны, возникающие при сильных по­рывах ветра, беспорядочны, не имеют ни определенного направления, ни постоянной частоты.

При ветре наблюдаются два явления. Во-первых, волны взаимодействуют друг с другом, образуя более длинные волны с низкой частотой. Во-вторых, ветер подталкивает эти волны и придает им новую энергию. Пока продолжа­ется буря, под влиянием ветра волны будут расти, а дина­мика волн — развиваться таким образом, что длина волн станет увеличиваться.

Некоторые слишком крутые волны разбиваются, но суммарное количество энергии продолжит расти. Волны, возникающие в определенных точках, называются ветро­выми. Их энергия зависит от того, как долго дует ветер (продолжительность) и на каком расстоянии (длина наго­на). Волны на поверхности моря — не просто последова­тельность волн, а сложная поверхностная структура.

Такой сложной системе невозможно просто придать ам­плитуду и частоту. Значимая высота волны — средняя вы­сота самой высокой третьей волны — служит для описания величины волн, а пиковый период между доминирующими или наиболее интенсивными волнами является критерием оценки частоты. В среднем каждые три часа появляется волна, по высоте дважды превышающая значимую.

В конце концов энергия, приданная морю ветром, бу­дет уравновешена потерями энергии, в основном в поло­се прибоя. В этот момент волны перестанут расти — это явление называется полностью развитым волнением. При ветре силой 20 метров в секунду (8 баллов) высота значи­мой волны при полностью развитом волнении достигнет 9 метров, а пиковый период составит 15 секунд.

Волны могут преодолевать тысячи километров от мес­та зарождения. В отличие от световых или звуковых волн, скорость морских волн увеличивается вместе с длиной, а частота уменьшается.

Волны, ускользнувшие из зоны шторма, называются зыбью. У них меньше диапазон периодов и почти правиль­ные волновые серии. Поскольку им не сообщается энергия, она не рассеивается при разбиении волн, и они продолжа­ют путь по океану, пока не достигнут суши.

Ввиду изменения частот при разных скоростях волн зыбь делится на обособленные компоненты, путешествуя по океану. Значимая высота волны и пиковый период зыби определяются скоростью ветра, продолжительностью и на­гоном, характерными для шторма, создавшего эти волны.

Питер Чалленор Саутгемптонский океанографический центр, Гемпшир, Великобритания

Энергия ветра поначалу поднимает ветровые волны. Вет­ровые волны круче и беспорядочнее, чем зыбь, для них ха­рактерны барашки и пенистые гребни. Чем дольше дует ветер, тем длиннее преобладающие ветровые волны.

Когда ветер прекращается или ветровые волны покида­ют зону возникновения, образование барашков некоторое время продолжается, его сопровождает удлинение волн, пока они не утратят крутизну, необходимую для форми­рования барашков. Ветровые волны превращаются в зыбь.

Поверхностным волнам в жидкости свойственно рас­сеиваться — это означает, что волны разной длины пе­ремещаются с разными скоростями. Чем длиннее волна, тем быстрее она перемещается и первой достигает наблюдателя.