ОТВЕТ • Основная причина грома — ударная волна, возбуждаемая молнией, а молния представляет собой электрический разряд. Огромный ток (до 500 000 А) молнии течет между облаком и землей (или между облаками) в узком канале с радиусом всего несколько сантиметров. Внутри канала электроны вырываются из молекул воздуха, ускоряются электрическим полем, сталкиваются с молекулами воздуха и передают им накопленную энергию. Поскольку температура газа, состоящего из этих молекул, очень высока (может доходить до 30 000 К), газ расширяется. Этот процесс идет невероятно быстро: канал горячего газа вначале расширяется со скоростью, гораздо большей скорости звука, создавая в окружающем пространстве ударную волну — резкие изменения давления, которые мы слышим как гром.

Если вы стоите близко к молнии и ударная волна накрывает вас, вы слышите один страшный удар грома. Если же вы отойдете подальше, то сначала услышите звук, пришедший от ближней части молнии, а чуть позже — от более удаленных ее участков. Однако, поскольку звуковые волны рассеиваются, более удаленный звук может оказаться уже не таким громким и пугающим. Возможно, вы услышите также и эхо грома от холмов, зданий, земли и даже облаков. Эти эффекты превращают однократный звуковой удар в раскаты.

Если вы окажетесь рядом с тем местом, где ударила молния, состоящая из нескольких коротких разрядов, вы сможете расслышать музыкальный тон. Если звуковые импульсы от разных разрядов пространственно не сильно разделены, вы не воспримете их по отдельности, для вас они образуют единый тон. Например, если интервал между последовательными импульсами равен 0,001 секунды, вы будете слышать тон на частоте 1/0,001 = 1000 Гц.

Если молния ударяет на расстоянии больше 20 км от вас, вы вообще можете не услышать грома, поскольку при прохождении звука через воздух его траектория искривляется (он подвергается рефракции) из-за изменений температуры воздуха (более теплый воздух имеет меньшую плотность, чем более холодный, и поэтому изменения плотности могут изменить траекторию звуковой волны). Поскольку обычно воздух в облаках холоднее, чем у поверхности земли, траектория звука, идущего к вам от далекой молнии, отклоняется вверх и удаляется от вас. Однако во время некоторых гроз воздух на земле оказывается холоднее, чем на высоте (такая ситуация называется температурной инверсией). При температурной инверсии звук, который должен был бы идти вверх, может направиться вниз. Иногда звуковые волны от разных частей молнии могут сложиться и направиться на вас (то есть звук сфокусируется на вас). Тогда забудьте о тишине — гром не даст вам уснуть (даже если вы спрячетесь под одеяло) до тех пор, пока не пройдет гроза.

Часть звуков, порождаемых ударом молнии, может лежать в области инфразвука, то есть их частота слишком низкая, чтобы вы их услышали. Источником инфразвука в грозу, судя по всему, служит мгновенное исчезновение электрического поля и изменение распределения зарядов в облаке при ударе молнии, когда оно мгновенно теряет огромное количество зарядов. Капли воды в облаке заряжены и, следовательно, отталкиваются друг от друга. После того как эти заряды уносятся молнией, капли перестают отталкиваться, устремляются внутрь облака и упаковываются более плотно. Эта перестройка приводит к скачкам давления в воздухе, и они распространяются в сторону земли в виде инфразвука. Частота (около 1 Гц) слишком мала, чтобы ее можно было услышать, однако вы можете почувствовать ее, особенно если стоите прямо под облаком. Однако если вы там оказались, вам нужно в первую очередь остерегаться ударов молнии, а не прислушиваться к своим ощущениям в попытке уловить неразличимый инфразвук.

Гром среди ясного неба издавна обращал на себя внимание людей, а по поводу его источника давно велись споры. Например, легендарные исследователи Льюис и Кларк[54], путешествуя по Дикому Западу, сначала не поверили рассказам аборигенов об этих звуках, но изменили свое отношение, когда сами услышали их у подножия Скалистых гор. Эти звуки в разных частях света называли разными именами: бронтиды, мистпоуфферы, пушки Барисала — и это лишь некоторые их названия. В наше время сообщения о бронтидах иногда появляются в газетах, особенно если их услышало большое количество людей или если где-то они звучат регулярно. Можете ли вы предположить, что их вызывает?

ОТВЕТ • В наше время большая часть бронтидов — это, вероятно, звуковые удары от летящих сверхзвуковых самолетов. Когда люди слышат бронтиды, самолет может быть еще очень далеко, и тогда кажется, что гром вызван мистическими причинами. По законам США и Канады самолетам предписано избегать звуковых ударов над городами, но закон не распространяется на малонаселенные территории и океан. Например, бронтиды часто слышались (и часто о них сообщали в СМИ) на Восточном побережье США, и обычно они оказывались связанными со звуковыми ударами, возникавшими при пролете самолетов «Конкорд» (c 1976 по 2003 год). И хотя этим трансатлантическим лайнерам полагалось снижать скорость до дозвуковой задолго до побережья (например, когда они держали курс на аэропорт Кеннеди в Нью-Йорке), над океаном они летели со сверхзвуковой скоростью. Траектории, по которым распространялись звуковые волны в звуковом ударе, зависели от того, как температура воздуха и скорость ветра менялись с высотой. В некоторых ситуациях вариации температуры и скорости ветра могли создать такой канал для звуковых волн, что они были слышны и на Восточном побережье вблизи аэропорта Кеннеди.

Однако лишь звуковыми ударами нельзя объяснить все бронтиды, которые слышат в наше время, а также любые бронтиды, которые фиксировали до 1947 года, когда сверхзвуковых самолетов еще не было. Эти некие другие бронтиды могли иметь разные источники. Они могли быть вызваны сейсмической активностью, происходящей где-то далеко, если колебания земли были слишком слабы, чтобы их почувствовать, а звуковая волна, идущая через воздух, уже могла быть слышна. Их источником мог быть и гром, если гроза бушевала так далеко, что ее не было видно, а в атмосфере возникало нужное распределение температур. Тогда звуковая волна могла постоянно отклоняться везде, где возникало изменение температуры по высоте, и тогда звук мог бы распространяться на большие расстояния. Правда, все эти объяснения трудно проверить.

10 июля 1996 года в Калифорнии, в национальном парке Йосемити, вблизи Счастливых островов на реке Мерседа, случились два сильнейших камнепада, один за другим. В каждом из них огромный кусок гранитной скалы сначала соскальзывал с крутого склона, а потом отправлялся в полет подобно снаряду и падал на землю примерно в 550 м от склона. Удары, произведенные ими, породили сейсмические волны, которые были зарегистрированы сейсмографами даже на расстоянии около 200 км от мест падения. Еще удивительнее то, что на расстоянии 300 м от места падения было повалено более тысячи деревьев, разрушены мост и закусочная, один человек убит и несколько ранены. Как могли падающие куски гранита вызвать такие сильные повреждения так далеко от места их падения?