Небо на секунду становится белым. В окне вспыхивает разветвлённая молния — и снова темно. Раз… два… три… четыре… И только теперь над домами прокатывается гром.
Кажется странным: ведь молния и гром относятся к одной и той же грозе. Почему же сначала видно вспышку, а потом приходит звук?
Потому что свет распространяется несравнимо быстрее звука. Свет от молнии достигает наших глаз почти мгновенно, а звуковой волне грома требуется примерно три секунды, чтобы пройти один километр. Чем дальше гроза, тем больше пауза между вспышкой и громом.
Почему сначала молния, а потом гром
Молния и гром возникают почти одновременно, но до наблюдателя свет и звук добираются с совершенно разной скоростью. Свет в воздухе проходит около 300 000 километров за секунду. Скорость звука возле поверхности Земли — примерно 340 метров в секунду и немного меняется с температурой воздуха.
Представь две гонки на дистанции один километр. Луч света преодолеет её за ничтожную долю секунды — человеческий глаз такого опоздания не заметит. А гром будет идти этот километр почти три секунды. На расстоянии трёх километров задержка получится уже около девяти секунд.
Поэтому фраза «сначала сверкнула молния, а потом загремело» немного обманчива. На самом деле первым произошло не одно явление, а к нам первым пришёл его свет.
Откуда вообще берётся гром
Гром — это звук, который создаёт воздух, почти мгновенно нагретый каналом молнии. Во время электрического разряда температура воздуха вдоль канала может на короткое время подниматься примерно до 30 000 °C. Воздух резко расширяется и создаёт ударную волну, которая затем распространяется как звук.
Это немного похоже на то, как хлопает быстро лопнувший воздушный шар, только масштабы несравнимы. Молниевый канал может тянуться на километры, поэтому «хлопок» рождается не в одной точке.
Почему гром не просто хлопает, а долго грохочет
Раскат грома длится долго потому, что звук приходит к нам от разных частей длинного молниевого канала в разное время. Ближайшая часть молнии может дать резкий удар, а звук от более далёких участков доходит позже. Добавляются отражения и преломление звука в атмосфере.
Вот почему близкая молния часто сопровождается сухим, почти мгновенным треском, а далёкая — длинным низким рокотом. Мы словно слышим одну молнию по частям.
Национальная метеорологическая служба США указывает, что гром обычно слышен примерно до 16 километров от молнии, хотя реальная дальность зависит от ветра, температуры воздуха, дождя, рельефа и окружающего шума.
Как определить расстояние до грозы по звуку
Расстояние до одной конкретной вспышки можно приблизительно оценить по задержке грома: посчитай секунды между молнией и первым громом и раздели их примерно на три — получатся километры.
Например:
- 3 секунды — примерно 1 километр;
- 6 секунд — примерно 2 километра;
- 9 секунд — примерно 3 километра;
- 15 секунд — примерно 5 километров.
В американских источниках часто приводят другое удобное правило: пять секунд задержки соответствуют примерно одной миле. Это то же самое приближение, только в других единицах измерения.
Но считать секунды следует только из безопасного места. Если гром уже слышен, гроза достаточно близко, чтобы молния представляла опасность. Наблюдать за ней лучше из капитального здания, а не стоя на улице с секундомером.
Почему скорость грома меняется
Скорость звука не совершенно постоянна: она зависит прежде всего от температуры воздуха. В более тёплом воздухе звук распространяется немного быстрее, в холодном — медленнее. Поэтому школьное правило «три секунды на километр» даёт приблизительный, а не геодезически точный результат.
На гром влияет и сама атмосфера. Воздух на разных высотах имеет разную температуру, а ветер движется с разной скоростью. Из-за этого звуковые волны могут немного изгибаться. Иногда раскаты слышны необычно далеко, а иногда дождь, ветер и городской шум заглушают их гораздо раньше.
Может ли молния сверкнуть совсем без грома
Обычная молния всегда создаёт гром, но человек не всегда способен его услышать. Если гроза находится далеко, свет ещё может быть заметен — особенно ночью, — а звуковая волна ослабнет прежде, чем доберётся до наблюдателя.
Именно отсюда появился старый термин «зарница» или английское выражение heat lightning. Иногда кажется, будто горизонт просто вспыхивает без всякого грома. Но специальной «тихой молнии» для жаркой погоды не требуется: чаще всего это обычная далёкая гроза.
Есть ещё один фокус. За холмами или деревьями сам канал молнии может быть скрыт, но её вспышка освещает высокие облака. Человек видит, как на секунду светлеет небо, хотя самой молнии не видит.
А если гром раздался почти сразу?
Если вспышка и гром разделены всего одной-двумя секундами, молния произошла совсем близко. Это уже не удачный момент для продолжения наблюдений, а сигнал немедленно оставаться или укрыться внутри безопасного здания.
Молния не обязана ударить точно под грозовым облаком. Разряды способны уходить в сторону от основной области дождя. Поэтому правило безопасности проще любых расчётов: если слышен гром, человек уже находится достаточно близко к грозе, чтобы относиться к молнии серьёзно.
Маленькая лаборатория скорости
Получается почти идеальный природный опыт. Молния сама даёт нам одновременно световой и звуковой сигнал. Один летит настолько быстро, что на обычных расстояниях кажется мгновенным. Второй движется достаточно медленно, чтобы его запаздывание можно было посчитать обычными секундами.
Именно поэтому гроза позволяет буквально услышать разницу между скоростью света и скоростью звука.
Короткий ответ на нашу загадку такой: гром запаздывает не потому, что рождается позже молнии, а потому, что звук идёт до нас гораздо медленнее света. Если прошло около трёх секунд — молния была примерно в километре; около девяти — примерно в трёх километрах.
А в следующий раз, когда гроза будет уже далеко и безопасно уйдёт за горизонт, вспомни: каждое «раз… два… три…» — это почти один километр пути, который гром ещё только проходит к тебе.