Стены дрожали.
Смесь бигля и чихуа-хуа моего друга в панике залезла под диван. Я наблюдал за его паникой, находясь в безопасном месте внутри. Но за окном царил хаос. Сильные грозы не просто сверкают молниями. Они ревут. Каждый удар был громче предыдущего. Воздух вибрировал в моей груди.
Я задался тем же вопросом, что и все, кто оказался в укрытии: почему гром настолько оглушителен во время таких интенсивных электрических разрядов?
Чтобы понять источник шума, нужно понять природу искры. Я обратился к Джонатану Беллесу, ведущему цифровому метеорологу Weather.com. Его объяснение рассеивает тайну физики штормов. Оно также отвечает на вопрос, почему местная гроза во дворе может звучать иначе, чем отдаленный громовой раскат.
Физика атмосферных ударных волн
Гром — это акустический побочный продукт молнии.
Нельзя иметь одно без другого. Сначала представьте молнию. Это не просто свет. Это энергия. Огромное её количество. Беллес отмечает, что температура молнии достигает примерно 54 000 градусов по Фаренгейту. Это в пять раз жарче поверхности Солнца.
Эта жара оказывает насильственное воздействие на воздух.
«Эта [теплота] создает огромное количество энергии, — говорит Беллес. — Окружающий воздух расширяется взрывообразно».
Представьте себе приготовление слоеного теста. Вы кладете его в горячую духовку. Оно быстро поднимается. Затем вы слишком рано открываете дверцу. Холодный воздух ударяет в тесто. Оно мгновенно оседает. Давление исчезает.
Молния делает то же самое, но в глобальном масштабе.
Сверхнагретый воздух взрывается наружу. Затем молния угасает. Воздух охлаждается почти мгновенно. Срабатывает эффект вакуумной герметизации. Окружающий воздух стремительно устремляется назад, чтобы заполнить пустоту. Это столкновение — быстрое расширение и внезапный коллапс — создает ударную волну. Вы слышите её как гром. Атмосфера пытается вернуться в нормальное состояние. Быстро.
Почему одни раскаты гремит, а другие трещат
Не все штормы звучат одинаково. Вы это замечали? Иногда это резкий треск. В другие раз — длинный низкий раскат, который длится секунды.
Это зависит от того, где вы стоите.
Рельеф формирует звук. Если вы находитесь в долине, крутые скальные стены действуют как воронки. Они улавливают звуковые волны на большой площади. Затем они сжимают их в одну концентрированную точку. Эхо отражается от стен утеса. Это создает раскаты грома. Этот глубокий непрерывный рокот, который тянется секунды? Это отражение.
Температура также имеет значение.
Атмосферное инверсия играет трюк с вашими ушами. Это происходит, когда теплый воздух находится над слоем холодного плотного воздуха. Беллес называет это «искусственным барьером». Звуковые волны оказываются зажатыми под теплым слоем. Они отскакивают от теплового потолка вверх и от земли вниз.
Представьте себе запуск фейерверков в длинном коридоре. На самом деле так не делайте. Но акустика схожа. Шум остается запертым. Он усиливается. Эффект мегафона. Без этой инверсии звук рассеивается быстрее.
Расстояние и иллюзия «тепловой молнии»
На каком расстоянии можно услышать раскат? Обычно от десяти до пятнадцати миль. В идеальную ночь — при плоской, тихой, инверсионной атмосфере — вы можете услышать его на расстоянии до двадцати пяти миль.
Но вот в чем дело. Свет распространяется быстрее.
Молнии можно видеть с расстояния более ста миль ночью. Вспышка достигает вашего глаза за долю секунды. К тому времени, как звуковые волны преодолеют путь, их энергия деградирует. Звук теряет мощность быстрее, чем свет теряет видимость.
Это создает «тепловую молнию».
Вы это видели. Тусклые мерцания на влажном летнем горизонте. Без шума. Беллес говорит прямо: «Это не грандиозное явление. Молнии просто слишком далеко, чтобы услышать гром». Возможно, облака блокируют его. Возможно, кривизна земли скрывает его.
Но помните: нет грома без молнии. Если вы видите вспышки, вы все еще в зоне поражения. Просто не в зоне шума.
Типы молний создают типы шума
Существуют ли разные виды грома? Не совсем.
Однако существуют разные виды молний. И каждый тип производит различную звуковую подпись.
Положительная молния редка, но жестока. Большинство молний бьют вниз от основания облака. Положительная молния выстреливает из верхних регионов. Она несет в десять раз больше энергии, чем типичный разряд. Эти молнии проходят десятки тысяч футов. Они наносят более мощный удар. Результирующий гром? Гораздо громче. Взрывной.
Затем есть громовой удар. Это мгновенное насилие. Это происходит, когда удар происходит невероятно близко. Звук достигает ваших ушей до того, как атмосфера сможет его разложить. До того, как у него будет время эхом отразиться или ревербировать. Просто один сильный удар.
Или вы получаете низкочастотный раскат. Это игра на дистанции. Когда удар происходит в милях от вас, воздух действует как фильтр. Атмосфера поглощает высокочастотные резкие звуки. Она поглощает высокие частоты. То, что выживает в пути, — это басовитый низкий тон. Глубокий тремор, который вы чувствуете в ребрах.
Служба национальной погоды упрощает задачу. Если вы слышите его, вы близко. Вы находитесь в зоне поражения.
Солнечное место рядом со штормом? Не важно. Молнии бьют вокруг периметра. Не оставайтесь там. Укройте.
Какие другие странные научные вопросы не дают вам уснуть по ночам? Мы хотим знать. Спросите нас о чем угодно.
