Что значит шаровая молния. Как появляется шаровая молния — интересные и удивительные факты. Как спастись от шаровой молнии
«Дорогая редакция, прошу объяснить случай, происшедший со мной 19 августа 1960 года. Шла я с автобуса в Борисовку, где живут мои родители, и заметила светящую фару мотоцикла, движущегося навстречу мне из леса. Но как может мотоцикл передвигаться после дождя по суглинистому полю? Остановилась и стала внимательно смотреть.
«Фара» остановилась от меня на расстоянии 300 метров. Тут я заметила, что нет признаков какой-либо машины. «Фара» вдруг направилась прямо на меня и в 2...3 шагах встала - и я стою, стараясь разгадать, что это м жет быть. Потом она медленно стала удаляться, расстояние между мной и «фарой» стало увеличиваться, а затем она быстро ушла в сторону Кукшева».
Перед нами одна из многочисленных встреч с любопытнейшим явлением природы - шаровой молнией.
Этот феномен долгое время не получал признания в науке. О шаровой молнии говорили, что это оптический обман и ничего более. Французский физик Маскар называл ее «плодом возбужденной фантазии». А в одном из немецких учебников по физике еще в конце прошлого века утверждалось, что шаровая молния не может существовать, поскольку это «явление, не отвечающее законам природы».
Ученые, как видим, тоже могут заблуждаться при столкновениях с загадками природы. Причем нередко они заблуждаются не потому, что у них «дурной характер», который не позволяет им снисходительно относиться к новым научным идеям или соглашаться с фактами, противоречащими их представлениям. Причины тут бывают гораздо глубже, включая, в частности, стремление сохранить в целостности и законченности господствующую в естествознании систему воззрений на устройство мира. Однако познание - процесс, который остановить нельзя, пока существует человечество. В основе этого процесса лежит принцип: не знаю сегодня - узнаю завтра. Принцип, который прямо противоположен религиозному: не знаю и знать не положено, поскольку все, что непонятно, чудесно, - от бога, подтверждение его бытия, и познать это невозможно. Шаровые молнии можно, пожалуй, считать классическим примером того, как под давлением фактов изменялось к ним отношение ученых.
Постепенно был собран большой материал, говорящий о том, что и шаровая молния - реальность. Самые различные люди сообщали о встречах с этой пока загадочной спутницей гроз.
В 1975 году журнал «Наука и жизнь» совместно с Институтом земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР опубликовали анкету, в которой содержался ряд вопросов о шаровой молнии и просьба к очевидцам этого явления ответить на вопросы. Редакция получила более тысячи писем, в которых описаны случаи наблюдения шаровой молнии. Авторы - научные работники, инженеры, учителя, летчики, метеорологи...
Если судить по рассказам людей, повидавших это «чудо природы», шаровая молния достигает иной раз размера футбольного мяча и даже больше. Движется она в воздухе довольно медленно. За ней легко проследить глазами. Иногда такой светящийся шар почти останавливается, а достигая какой-либо преграды, часто взрывается, производя разрушения. В других случаях шаровая молния исчезает тихо.
Когда этот шар движется, в воздухе слышен легкий свист или шипение. Цвет шаров различный. Наблюдатели рассказывают, что видели и красные, и ослепительно Белые, и синие, и даже черные! Кроме того, молния не всегда бывает шаровидной - встречаются и грушевидные, яйцеобразные. Многим очевидцам удалось ее сфотографировать.
Связь шаровой молнии с обычными, линейными молниями подтверждается целым рядом фактов. П. Гришненков из Мурома видел, как шаровая молния диаметром тридцать - сорок сантиметров выскочила из земли в месте удара линейной молнии. Студент Томского университета А. Созонов видел три шаровые молнии ярко-белого цвета, отделившиеся от средней части канала линейной молнии и начавшие медленно падать. Машинист электровоза А. Орлов описал случай, когда шаровая молния вылетела вверх при ударе линейной молнии в стальную опору ЛЭП.
Подробно рассказал о своей встрече с огненным шаром преподаватель вуза А. Тимощук.
Молния ударила в провода недалеко от столба. В тот же момент на проводе возникла желто-зеленая вспышка, которая стала «разгораться». Образовался шар, который медленно покатился по провисшему проводу. Постепенно он становился красным. Шар перескочил на нижний провод, а затем свалился на ветки тополя. Раздался сильный треск, полетели красные искры и по веткам покатилось несколько маленьких шариков. Шар начал прыгать по мостовой, подскакивая и рассыпая вокруг себя искры. Наконец, он рассыпался на несколько кусков, которые быстро погасли. Все это произошло приблизительно за десять секунд и наблюдалось еще одним человеком.
Только гипотезы
Надо сразу оговориться: общепринятого научного объяснения природы шаровой молнии пока нет, зато предположений и гипотез множество. И не все они заслуживают внимания. Но некоторые предположения о происхождении этого электрического чуда в большой степени обоснованны. Одно из них принадлежит академику П.Л. Капице.
Шаровую молнию, по его мнению, питают радиоизлучения, возникающие при грозовых разрядах атмосферного электричества. Если, пишет он, «в природе не существует источников энергии, еще нам неизвестных, то на основании закона сохранения энергии приходится принять, что во время свечения к шаровой молнии непрерывно подводится энергия, и мы вынуждены искать этот источник энергии вне объема шаровой молнии. Шаровые молнии возникают там, где радиоволны достигают наибольшей интенсивности».
Предложенное видным советским ученым объяснение шаровой молнии хорошо согласуется со многими ее особенностями; и с тем, что она иногда катится по поверхности различных предметов, не оставляя ожогов, и с тем, что чаще всего проникает внутрь помещений через дымоходы, окна и даже небольшие щели.
Доктор физико-математических наук И.П. Стаханов высказал мысль, что шаровая молния возникает в том случае, когда в канал обычной молнии попадает значительное количество воды. При соединении (рекомбинации) молекулы воды налипают на положительные и отрицательные ионы, образуя вокруг них оболочку. Эта оболочка останавливает соединение ионов, мешая их непосредственному контакту.
Возникновение таких водных оболочек вокруг ионов в растворах известно. Но может ли происходить то же самое в газах? По-видимому, да, поскольку теперь известно, что в нижних слоях ионосферы имеется много подобных ионов, связанных с молекулами воды.
Шаровая молния средних размеров (десять - двадцать сантиметров в диаметре) может образоваться из крупной капли росы, попавшей в канал грозового разряда. С другой стороны, как показали расчеты, для устойчивости шаровой молнии необходимо, чтобы плотность ее вещества мало отличалась от плотности окружающего воздуха.
«Если шаровая молния, - пишет И.П. Стаханов, - попадает в такие условия, когда ее температура становится выше определенного предела (например, вследствие уменьшения теплообмена в закрытом помещении), то начинается цепная реакция разрушения водяных оболочек, которая приводит к взрыву. В обычных же условиях вещество молнии медленно «выгорает» за счет рекомбинации. Это приводит к изменению плотности, и в результате молния «разваливается», выбрасывая куски вещества, которые очевидцы принимают за искры».
Ученые не довольствуются, конечно, сбором достоверных свидетельств появления шаровой молнии. Они пытаются получить ее в лабораторных условиях, экспериментально проверяя свои теоретические предположения и математические расчеты.
Мезенцев В. А. Энциклопедия чудес. Кн. I. Обычное в необычном. - 3-е изд. - М., Знание. 1988.
Одним из самых удивительных и опасных явлений природы является шаровая молния. Как себя вести и что следует делать при встрече с ней, вы узнаете из этой статьи.
Что такое шаровая молния
Удивительно, но современная наука затрудняется ответить на этот вопрос. К сожалению, еще никто не смог проанализировать это природное явление с помощью точных научных приборов. Все попытки ученых воссоздать его в лабораторных условиях также потерпели неудачу. Несмотря на множество исторических данных и рассказов очевидцев, некоторые исследователи и вовсе отрицают само существование этого феномена.
Те, кому посчастливилось остаться в живых после встречи с электрическим шаром, дают противоречивые показания. Они утверждают, что видели сферу от 10 до 20 см в диаметре, но описывают ее по-разному. По одной версии, шаровая молния почти прозрачна, сквозь нее даже угадываются контуры окружающих предметов. По другой, ее цвет варьируется от белого до красного. Кто-то рассказывает, что чувствовал исходящий от молнии жар. Другие не замечали от нее никакого тепла, даже находясь в непосредственной близости.
Китайским ученым повезло зафиксировать шаровую молнию с помощью спектрометров. Хотя это мгновение и длилось полторы секунды, исследователи смогли сделать вывод о ее отличиях от обычных молний.
Где появляется шаровая молния
Как себя вести при встрече с ней, ведь огненный шар может появиться где угодно. Обстоятельства его образования сильно отличаются и трудно найти определенную закономерность. Большинство думают, что встретить молнию можно только во время или после грозы. Однако существует масса свидетельств о том, что она появлялась и в сухую безоблачную погоду. Также невозможно предсказать место, где может образоваться электрический шар. Были случаи, когда он возникал из сети напряжения, ствола дерева и даже из стены жилого дома. Очевидцы видели, как молния появлялась сама по себе, встречали ее на открытой местности и внутри помещения. Также в литературе описаны случаи, когда после удара обычной возникала шаровая молния.
Как себя вести
Если вам «посчастливилось» встретиться с огненным шаром на открытой местности, вы должны придерживаться основных правил поведения в этой экстремальной ситуации.
- Постарайтесь медленно удалиться от опасного места на значительное расстояние. Не поворачивайтесь к молнии спиной и не пытайтесь от нее убежать.
- Если она близко и движется к вам, замрите, вытяните вперед руки и затаите дыхание. Через несколько секунд или минут шар обойдет вас и исчезнет.
- Ни в коем случае не бросайте в него никакие предметы, так как при столкновении с чем-либо молния взрывается.
Шаровая молния: как спастись, если она появилась в доме?
Этот сюжет наиболее страшен, так как неподготовленный человек может запаниковать и совершить фатальную ошибку. Помните, что электрическая сфера реагирует на любое движение воздуха. Поэтому самый универсальный совет заключается в рекомендации сохранять неподвижность и спокойствие. Что еще можно сделать, если в квартиру залетела шаровая молния?
- Что делать, если она оказалась около вашего лица? Подуйте на шар, и он отлетит в сторону.
- Не прикасайтесь к железным предметам.
- Замрите, не совершайте резких движений и не пытайтесь спастись бегством.
- Если рядом находится вход в соседнее помещение, то попробуйте укрыться в нем. Но не поворачивайтесь к молнии спиной и постарайтесь двигаться как можно медленнее.
- Не пытайтесь отогнать ее каким-либо предметом, иначе вы рискуете спровоцировать сильный взрыв. В этом случае вам грозят такие серьезные последствия как остановка сердца ожоги, травмы и потеря сознания.
Как помочь пострадавшему
Помните, что молния может нанести очень серьезную травму или вообще лишить жизни. Если вы увидели, что человек ранен ее ударом, то срочно примите меры - перенесите его в другое место и не бойтесь, так как заряда в его теле уже не останется. Положите его на пол, укутайте и вызывайте «скорую». В случае остановки сердца делайте ему искусственное дыхание до приезда врачей. Если человек пострадал не сильно, положите ему на голову мокрое полотенце, дайте две таблетки анальгина и успокаивающие капли.
Как уберечь себя
Как уберечься от шаровой молнии? Прежде всего необходимо предпринять действия, которые обезопасят вас во время обычной грозы. Помните, что в большинстве случаев люди страдают от электрического удара, находясь на природе или в сельской местности.
- Как спастись от шаровой молнии в лесу? Не прячьтесь под одинокими деревьями. Постарайтесь найти невысокую рощу или подлесок. Помните, что молния редко бьет в хвойные деревья и березу.
- Не держите над головой металлические предметы (вилы, лопаты, ружья, удочки и зонты).
- Не прячьтесь в стог сена и не ложитесь на землю - лучше опуститесь на корточки.
- Если гроза застала вас в машине, остановитесь и не трогайте металлические предметы. Не забудьте опустить антенну и отъехать от высоких деревьев. Остановитесь у обочины и не заезжайте на заправочную станцию.
- Помните, что довольно часто гроза идет против ветра. Точно так же движется и шаровая молния.
- Как себя вести в доме и стоит ли беспокоиться, если вы находитесь под крышей? К сожалению, громоотвод и другие приспособления не способны вам помочь.
- Если вы находитесь в степи, то присядьте на корточки, постарайтесь не возвышаться над окружающими предметами. Можно укрыться в канаве, но покиньте ее сразу же, как только она начнет заполняться водой.
- Если вы плывете в лодке, то ни в коем случае не вставайте. Постарайтесь как можно быстрее добраться до берега и отойдите от воды на безопасное расстояние.
- Снимите с себя украшения и отложите подальше.
- Отключите мобильник. Если он сработает, то к сигналу может притянуться шаровая молния.
- Как спастись от грозы, если вы на даче? Закройте окна и дымоход. Пока не известно, является ли стекло преградой для молнии. Однако замечено, что она легко просачивается в любые щели, розетки или электроприборы.
- Если вы дома, то закройте окна и выключите электроприборы, не касайтесь ничего металлического. Постарайтесь держаться подальше от розеток. Не звоните по телефону и отключите все внешние антенны.
«Итак, сегодня тема нашей лекции – электрические явления в природе». Такими словами началась очередная пара физики. Она не предвещала ничего интересного, но я сильно ошиблась. Столько всего нового я давно не слышала. Тогда меня и задела тема шаровой молнии.
О ней было сказано вскользь, поэтому разобраться с ней я решила сама. Прочитав не одну книгу и много статей в интернете, я вот что выяснила. Оказывается, что до сих пор никто в точности не может сказать, откуда же она берется и что собой представляет. Шаровая молния является одним из самых загадочных природных явлений. И это в наше то время! Рассказы о наблюдении шаровой молнии известны уже две тысячи лет.
Первое упоминание о ней относится к VI веку: епископ Григорий Турский писал тогда о появлении огненного шара во время церемонии освящения часовни. Но первым, кто попытался исследовать сообщения о шаровой молнии, был француз Ф. Араго. И произошло это всего 150 лет назад. В своей книге он описал 30 случаев наблюдения шаровых молний. Это очень не много, и вполне естественно, что многие физики позапрошлого века, включая Кельвина и Фарадея, считали, что это либо оптическая иллюзия, либо явление неэлектрической природы. Но с тех времен количество и качество сообщений значительно возросло. На сегодняшний день задокументировано около 10 000 случаев наблюдения шаровой молнии.
Шаровая молния - явление уникальное и своеобразное. Но до сих пор ученые не могут порадовать нас большими достижениями в сфере исследования этих объектов. Как образуется шаровая молния? Существует огромное количество теорий о происхождении и «жизни» шаровых молний. Синтезировать шаровую молнию пока не удалось. Обобщив большое количество свидетельств, можно составить усредненный «портрет» шаровой молнии. Чаще всего она принимает форму шара, а иногда груши, гриба или капли, или такую экзотическую, как бублик или линза. Размер ее различен: от нескольких сантиметров до целого метра. Время «жизни» так же простирается в весьма широком диапазоне — от нескольких секунд до десятков минут. В конце существования этого явления обычно происходит взрыв. Изредка шаровая молния может распадаться на отдельные части или просто медленно угаснуть. Передвигается она со скоростью 0,5-1 метр в секунду. Разнообразие же цветовой гаммы просто поражает: от прозрачного до черного, но лидируют все же оттенки желтого, оранжевого, синего и красного. Цвет может быть неоднородным, а иногда шаровые молнии меняют его, как хамелеон.
Сложнее всего с определением температуры и массы шаровой молнии. По данным ученых, температура может быть в пределах от 100 до 1000 ?. Но при этом люди, сталкивавшиеся с шаровыми молниями на расстоянии руки, крайне редко отмечали хоть какое-то тепло, исходившее от них, хотя по логике, они должны были получить ожоги. Такая же загадка и с массой: какого молния не была размера, она весит не более 5-7 грамм. Что касается направления движения, то чаще всего шаровая молния движется горизонтально, приблизительно в метре над землёй, может по ходу движения совершать хаотичные движения. Иногда она может остановиться, проходя мимо дома, и осторожно зайти в дом. В помещение шаровая молния может проникнуть не только через открытое окно или дверь. Иногда, она, деформируясь, просачивается в узкие щели или даже проходит сквозь стекло, не оставляя в нем никаких следов. Интересно, что она может наводить радиопомехи. Нередки случаи, когда наблюдаемая шаровая молния аккуратно облетает находящиеся на пути предметы, пока не достигнет вполне конкретного и одной ей известного объекта.
Подводя итог всему вышесказанному, хочется сказать, что на примере шаровой молнии человек может еще раз убедиться, сколько тайн и загадок скрывает в себе природа и человек будет полным глупцом, если скажет, что совершенно все изучил. Ну, по крайней мере, не на этом этапе развития науки. Это далеко не все, что я узнала о этом природном явлении, но, пожалуй, все остальное подождет до следующего раза!
Как это нередко бывает, систематическое изучение шаровых молний началось с отрицания их существования: в начале XIX века все известные к тому времени разрозненные наблюдения были признаны либо мистикой, либо в лучшем случае оптической иллюзией.
Но уже в 1838 году в «Ежегоднике» французского бюро географических долгот был опубликован обзор, составленный знаменитым астрономом и физиком Домиником Франсуа Араго.
Впоследствии он стал инициатором опытов Физо и Фуко по измерению скорости света, а также работ, приведших Леверье к открытию Нептуна.
Основываясь на известных тогда описаниях шаровых молний, Араго пришел к выводу, что многие из этих наблюдений нельзя считать иллюзией.
За 137 лет, прошедших с момента выхода в свет обзора Араго, появились новые свидетельства очевидцев, фотографии. Были созданы десятки теорий, экстравагантных и остроумных, которые объясняли некоторые известные свойства шаровой молнии, и таких, которые не выдерживали элементарной критики.
Фарадей, Кельвин, Аррениус, советские физики Я. И. Френкель и П. Л. Капица, многие известные химики, наконец, специалисты американской Национальной комиссии по астронавтике и аэронавтике NASA пытались исследовать и объяснить этот интересный и грозный феномен. А шаровая молния и поныне продолжает во многом оставаться загадкой.
Трудно, наверное, найти явление, сведения о котором так противоречили бы друг другу. Основных причин две: это явление очень редкое, и многие наблюдения проводятся крайне не квалифицированно.
Достаточно сказать, что за шаровую молнию принимались крупные метеоры и даже птицы, к крыльям которых прилипала труха гнилых, светящихся в темноте пней. И все-таки известно около тысячи достоверных наблюдений шаровой молнии, описанных в литературе.
Какие же факты должны связать ученые единой теорией, чтобы объяснить природу возникновения шаровой молнии? Какие ограничения накладывают наблюдения на нашу фантазию?
Первое, что нужно объяснить: почему шаровая молния возникает часто, если она возникает часто, или почему она возникает редко, если она возникает редко?
Пусть читателя не удивляет эта странная фраза — частота появления шаровой молнии все еще является спорным вопросом.
И еще нужно объяснить, почему шаровая молния (не зря же она так называется) действительно имеет форму, обычно близкую к шару.
И доказать, что она, вообще, имеет отношение к молниям, — надо сказать, не все теории связывают появление этого феномена с грозами — и не без оснований: иногда она возникает в безоблачную погоду как, впрочем, и другие грозовые явления, например, огни святого Эльма.
Здесь уместно вспомнить описание встречи с шаровой молнией, данное замечательным наблюдателем природы и ученым Владимиром Клавдиевичем Арсеньевым — известным исследователем дальневосточной тайги. Встреча эта произошла в горах Сихотэ-Алиня в ясную лунную ночь. Хотя многие параметры наблюдавшейся Арсеньевым молнии типичны, подобные случаи редки: обычно шаровые молнии возникают в грозу.
В 1966 году NASA распространила среди двух тысяч человек анкету, в первой части которой были заданы два вопроса: «Видели ли вы шаровую молнию?» и «Видели ли вы в непосредственной близости удар линейной молнии?»
Ответы дали возможность сравнить частоту наблюдения шаровой молнии с частотой наблюдения обычных молний. Результат оказался ошеломляющим: удар линейной молнии вблизи видели 409 человек из 2 тысяч, а шаровую молнию — два раза меньше. Нашелся даже счастливчик, встречавший шаровую молнию 8 раз,- еще одно косвенное доказательство того, что это совсем не такое редкое явление, как принято думать.
Анализ второй части анкеты подтвердил многие известные ранее факты: шаровая молния имеет в среднем диаметр около 20 см; светится не очень ярко; цвет чаще всего красный, оранжевый, белый.
Интересно, что даже наблюдатели, видевшие шаровую молнию близко, часто не ощущали ее теплового излучения, хотя при непосредственном прикосновении она обжигает.
Существует такая молния от нескольких секунд до минуты; может проникать в помещения через маленькие отверстия, восстанавливая затем свою форму. Многие наблюдатели сообщают, что она выбрасывает какие-то искры и вращается.
Обычно она парит на небольшом расстоянии от земли, хотя встречали ее и в облаках. Иногда шаровая молния спокойно исчезает, но иногда взрывается, вызывая заметные разрушения.
Уже перечисленных свойств достаточно, чтобы поставить исследователя в тупик.
Из какого вещества должна, например, состоять шаровая молния, если она не взлетает стремительно вверх, подобно воздушному шару братьев Монгольфье, наполненному дымом, хотя и нагрета, по крайней мере, до нескольких сотен градусов?
С температурой тоже не все ясно: судя по цвету свечения, температура молнии не меньше 8 000°К.
Один из наблюдателей, химик по специальности, знакомый с плазмой, оценил эту температуру в 13 000-16 000°К! Но фотометрование следа молнии, оставшегося на фотопленке, показало, что излучение выходит не только с ее поверхности, а и из всего объема.
Многие наблюдатели также сообщают, что молния полупрозрачна и через нее просвечивают контуры предметов. А это значит, что ее температура значительно ниже — не более 5 000 градусов, так как при большем нагреве слой газа толщиной в несколько сантиметров совершенно непрозрачен и излучает как абсолютно черное тело.
О том, что шаровая молния довольно «холодна», свидетельствует и сравнительно слабый тепловой эффект, производимый ею.
Шаровая молния несет большую энергию. В литературе, правда, часто встречаются заведомо завышенные оценки, но даже скромная реалистичная цифра — 105 джоулей — для молнии диаметром в 20 см весьма внушительна. Если бы такая энергия расходовалась только на световое излучение, она могла бы светиться много часов.
При взрыве шаровой молнии может развиться мощность в миллион киловатт, так как взрыв этот протекает очень быстро. Взрывы, правда, человек умеет устраивать и более мощные, но если сравнить со «спокойными» источниками энергии, то сравнение будет не в их пользу.
В частности, энергоемкость (энергия, отнесенная к единице массы) молнии значительно выше, чем у существующих химических аккумуляторов. Кстати, именно желание научиться аккумулировать сравнительно большую энергию в малом объеме и привлекло многих исследователей к изучению шаровой молнии. Насколько эти надежды могут оправдаться, говорить пока рано.
Сложность объяснения столь противоречивых и разнообразных свойств привела к тому, что существующие взгляды на природу этого явления исчерпали, кажется, все мыслимые возможности.
Некоторые ученые считают, что молния постоянно получает энергию извне. Например, П. Л. Капица предположил, что она возникает при поглощении мощного пучка дециметровых радиоволн, которые могут излучаться во время грозы.
Реально для образования ионизированного сгустка, каким является в этой гипотезе шаровая молния, необходимо существование стоячей волны электромагнитного излучения с очень большой напряженностью поля в пучностях.
Нужные условия могут осуществиться очень редко, так что, по мнению П. Л. Капицы, вероятность наблюдения шаровой молнии в заданном месте (то есть там, где расположился наблюдатель-специалист) практически равна нулю.
Иногда предполагают, что шаровая молния есть светящаяся часть канала, связывающего облако с землей, по которому течет большой ток. Образно говоря, ей отводится роль единственного видимого участка по каким-то причинам невидимой линейной молнии. Впервые эта гипотеза была высказана американцами М. Юманом и О. Финкельштейном, а в дальнейшем появилось несколько модификаций разработанной ими теории.
Общая трудность всех этих теорий в том, что они предполагают существование в течение длительного времени потоков энергии чрезвычайно высокой плотности и именно из-за этого обрекают шаровую молнию на «должность» чрезвычайно маловероятного явления.
Кроме того, в теории Юмана и Финкельштейна сложно объяснить форму молнии и ее наблюдаемые размеры — диаметр канала молнии обычно составляет около 3-5 см, а шаровые молнии встречаются и метрового диаметра.
Существует довольно много гипотез, предполагающих, что шаровая молния сама является источником энергии. Придуманы самые экзотические механизмы извлечения этой энергии.
В качестве примера такой экзотики можно привести идею Д. Эшби и К. Уайтхеда, согласно которой шаровая молния образуется при аннигиляции пылинок антивещества, попадающих в плотные слои атмосферы из космоса, а затем увлекаемых разрядом линейной молнии на землю.
Эту идею, может быть, можно было бы подкрепить теоретически, но, к сожалению, пока ни одной подходящей частицы антивещества обнаружено не было.
Чаще всего в качестве гипотетического источника энергии привлекаются различные химические и даже ядерные реакции. Но при этом трудно объяснить шаровую форму молнии — если реакции идут в газообразной среде, то диффузия и ветер приведут к выносу «грозового вещества» (термин Араго) из двадцатисантиметрового шара за считанные секунды и еще раньше деформируют его.
Наконец, нет ни одной реакции, о которой было бы известно, что она протекает в воздухе с нужным для объяснения шаровой молнии энерговыделением.
Многократно высказывалась такая точка зрения: шаровая молния аккумулирует энергию, выделяемую при ударе линейной молнии. Теорий, в основе которых лежит это предположение тоже немало, подробный обзор их можно найти в популярной книге С. Сингера «Природа шаровой молнии».
Эти теории, как, впрочем, и многие другие, содержат трудности и противоречия, которым уделено немалое внимание и в серьезной и в популярной литературе.
Кластерная гипотеза шаровой молнии
Расскажем теперь о сравнительно новой, так называемой кластерной гипотезе шаровой молнии, разрабатываемой в последние годы одним из авторов этой статьи.
Начнем с вопроса, почему же молния имеет форму шара? В общем виде ответить на этот вопрос несложно — должна существовать сила, способная удержать вместе частицы «грозового вещества».
Почему капля воды шарообразна? Такую форму придает ей поверхностное натяжение.
Поверхностное натяжение жидкости возникает из-за того, что ее частицы — атомы или молекулы — сильно взаимодействуют между собой, гораздо сильнее, чем с молекулами окружающего газа.
Поэтому, если частица оказывается вблизи границы раздела, то на нее начинает действовать сила, стремящаяся вернуть молекулу в глубину жидкости.
Средняя кинетическая энергия частиц жидкости примерно равна средней энергии их взаимодействия, поэтому молекулы жидкости и не разлетаются. В газах же кинетическая энергия частиц настолько превышает потенциальную энергию взаимодействия, что частицы оказываются практически свободными и о поверхностном натяжении говорить не приходится.
Но шаровая молния — газоподобное тело, а поверхностное натяжение у «грозового вещества», тем не менее, есть — отсюда и форма шара, которую чаще всего она имеет. Единственное вещество, которое могло бы иметь такие свойства — плазма, ионизированный газ.
Плазма состоит из положительных и отрицательных ионов и свободных электронов, то есть из частиц электрически заряженных. Энергия взаимодействия между ними гораздо больше, чем между атомами нейтрального газа, больше соответственно и поверхностное натяжение.
Однако при сравнительно низких температурах — скажем, при 1 000 градусов Кельвина — и при нормальном атмосферном давлении шаровая молния из плазмы могла бы существовать только тысячные доли секунды, так как ионы быстро рекомбинируют, то есть превращаются в нейтральные атомы и молекулы.
Это противоречит наблюдениям — шаровая молния живет дольше. При высоких температурах — 10-15 тысяч градусов — слишком большой становится кинетическая энергия частиц, и шаровая молния должна просто развалиться. Поэтому исследователям приходится использовать сильнодействующие средства, чтобы «продлить жизнь» шаровой молнии, сохранить ее хотя бы несколько десятков секунд.
В частности, П. Л. Капица ввел в свою модель мощную электромагнитную волну, способную постоянно порождать новую низкотемпературную плазму. Другим же исследователям, предполагающим, что молниевая плазма более горячая, пришлось придумывать, как бы удержать шар из этой плазмы, то есть решать задачу до сих пор не решенную, хотя и очень важную для многих областей физики и техники.
А что если пойти по другому пути — ввести в модель механизм, замедляющий рекомбинацию ионов? Попробуем использовать для этой цели воду. Вода — полярный растворитель. Ее молекулу можно грубо представить себе как палочку, один конец которой заряжен положительно, а другой — отрицательно.
К положительным ионам вода присоединяется отрицательным концом, а к отрицательным — положительным, образуя защитную прослойку — сольватную оболочку. Она может резко замедлить рекомбинацию. Ион вместе с сольватной оболочкой называется кластером.
Вот мы и подошли, наконец, к основным идеям кластерной теории: при разрядке линейной молнии происходит практически полная ионизация молекул, входящих в состав воздуха, в том числе и молекул воды.
Образовавшиеся ионы начинают быстро рекомбинировать, эта стадия занимает тысячные доли секунды. В какой-то момент нейтральных молекул воды становится больше, чем оставшихся ионов, и начинается процесс образования кластеров.
Он тоже длится, видимо, доли секунды и заканчивается образованием «грозового вещества» — похожего по своим свойствам на плазму и состоящего из ионизированных молекул воздуха и воды, окруженных сольватными оболочками.
Правда, пока все это только идея, и нужно посмотреть, может ли она объяснить многочисленные известные свойства шаровой молнии. Вспомним известную поговорку о том, что для рагу из зайца как минимум нужен заяц, и зададим себе вопрос: могут ли образовываться в воздухе кластеры? Ответ утешительный: да, могут.
Доказательство этого в буквальном смысле слова свалилось (было привезено) с неба. В конце 60-х годов с помощью геофизических ракет было проведено подробное исследование самого нижнего слоя ионосферы — слоя D , расположенного на высоте около 70 км. Оказалось, несмотря на то, что на такой высоте воды крайне мало, все ионы в слое D окружены сольватными оболочками, состоящими из нескольких молекул воды.
В кластерной теории предполагается, что температура шаровой молнии меньше 1000°К, поэтому от нее нет сильного теплового излучения. Электроны при такой температуре легко «прилипают» к атомам, образуя отрицательные ионы, и все свойства «молниевого вещества» определяются кластерами.
При этом плотность вещества молнии оказывается примерно равной плотности воздуха при нормальных атмосферных условиях, то есть молния может быть несколько тяжелее воздуха и опускаться вниз, может быть несколько легче воздуха и подниматься и, наконец, может находиться во взвешенном состоянии, если плотности «молниевого вещества» и воздуха равны.
Все эти случаи наблюдались в природе. Кстати, то, что молния опускается вниз, еще не значит, что она упадет на землю — прогрев под собой воздух, она может создать воздушную подушку, удерживающую ее на весу. Очевидно, поэтому парение — самый распространенный вид движения шаровой молнии.
Кластеры взаимодействуют между собой значительно сильнее, чем атомы нейтрального газа. Оценки показали, что возникающего поверхностного натяжения вполне достаточно, чтобы придать молнии шаровую форму.
Допустимое отклонение плотности быстро убывает с увеличением радиуса молнии. Так как вероятность точного совпадения плотности воздуха и вещества молнии мала, крупные молнии — больше метра в диаметре — встречаются крайне редко, маленькие же должны появляться чаще.
Но молнии размером меньше трех сантиметров тоже практически не наблюдаются. Почему? Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть энергетический баланс шаровой молнии, выяснить, где в ней хранится энергия, сколько ее и на что она расходуется. Энергия шаровой молнии заключена, естественно, в кластерах. При рекомбинации отрицательного и положительного кластеров выделяется энергия от 2 до 10 электрон-вольт.
Обычно плазма теряет довольно много энергии в виде электромагнитного излучения — его появление связано с тем, что легкие электроны, двигаясь в поле ионов, приобретают очень большие ускорения.
Вещество молнии состоит из тяжелых частиц, ускорить их не так-то просто, поэтому электромагнитное поле излучается слабо и большая часть энергии выводится из молнии тепловым потоком с ее поверхности.
Тепловой поток пропорционален площади поверхности шаровой молнии, а запас энергии пропорционален объему. Поэтому маленькие молнии быстро теряют свои сравнительно небольшие запасы энергии, и, хотя они появляются гораздо чаще крупных, заметить их труднее: они слишком мало живут.
Так, молния диаметром в 1 см остывает за 0,25 секунд, а диаметром 20 см за 100 секунд. Эта последняя цифра примерно совпадает с максимальным наблюдаемым временем жизни шаровой молнии, но существенно превосходит среднее время ее жизни, равное нескольким секундам.
Наиболее реальный механизм «умирания» крупной молнии связан с потерей устойчивости ее границы. При рекомбинации пары кластеров образуется десяток легких частиц, что приводит при той же температуре к уменьшению плотности «грозового вещества» и нарушению условий существования молнии задолго до того, как исчерпается ее энергия.
Начинает развиваться поверхностная неустойчивость, молния выбрасывает куски своего вещества и как бы прыгает из стороны в сторону. Выброшенные куски почти мгновенно остывают, подобно маленьким молниям, и раздробленная большая молния заканчивает свое существование.
Но возможен и другой механизм ее распада. Если в силу каких-либо причин ухудшается отвод тепла, то молния начнет разогреваться. При этом увеличится число кластеров с малым количеством молекул воды в оболочке, они будут быстрее рекомбинировать, произойдет дальнейшее повышение температуры. В итоге — взрыв.
Почему светится шаровая молния
Какие же факты должны связать ученые единой теорией, чтобы объяснить природу шаровой молнии?
При рекомбинации кластеров выделившееся тепло быстро распределяется между более холодными молекулами.
Но на какой-то момент температура «объемчика» вблизи рекомбинировавших частиц может превышать среднюю температуру вещества молнии более чем в 10 раз.
Вот этот «объемчик» и светится как газ, нагретый до 10 000-15 000 градусов. Таких «горячих точек» сравнительно мало, поэтому вещество шаровой молнии остается полупрозрачным.
Ясно, что с точки зрения кластерной теории шаровые молнии могут появляться часто. Для образования молнии диаметром в 20 см нужно всего несколько граммов воды, а ее во время грозы обычно предостаточно. Вода чаще всего распылена в воздухе, ну а в крайнем случае шаровая молния может «найти» ее для себя на поверхности земли.
Кстати, так как электроны очень подвижны, то при образовании молнии часть их может «потеряться», шаровая молния в целом окажется заряженной (положительно), и ее движение будет определяться распределением электрического поля.
Остаточный электрический заряд позволяет объяснить такие интересные свойства шаровой молнии, как ее способность двигаться против ветра, притягиваться к предметам и висеть над высокими местами.
Цвет шаровой молнии определяется не только энергией сольватных оболочек и температурой горячих «объемчиков», но и химическим составом ее вещества. Известно, что если при попадании линейной молнии в медные провода появляется шаровая молния, то она часто бывает окрашена в голубой или зеленый цвет — обычные «цвета» ионов меди.
Вполне возможно, что и возбужденные атомы металлов тоже могут образовывать кластеры. Появлением таких «металлических» кластеров можно было бы объяснить некоторые эксперименты с электрическими разрядами в результате которых появлялись светящиеся шары, похожие на шаровую молнию.
Из сказанного может создаться впечатление, что благодаря кластерной теории проблема шаровой молнии получила, наконец, свое окончательное разрешение. Но это не совсем так.
Несмотря на то что за кластерной теорией стоят вычисления, гидродинамические расчеты устойчивости, с её помощью удалось, по-видимому, понять многие свойства шаровых молний, было бы ошибкой сказать, что загадки шаровой молнии больше не существует.
В подтверждение один лишь штрих, одна деталь. В своем рассказе В. К. Арсеньев упоминает о тоненьком хвостике, протянувшемся от шаровой молнии. Пока мы не можем объяснить ни причину его возникновения, ни даже что это такое…
Как уже говорилось, в литературе описано около тысячи достоверных наблюдений шаровой молнии. Это конечно, не очень много. Очевидно, что каждое новое наблюдение при тщательном его анализе позволяет получить интересную информацию о свойствах шаровой молнии, помогает в проверке справедливости той или иной теории.
Поэтому очень важно, чтобы как можно больше наблюдений стало достоянием исследователей и сами наблюдатели активно участвовали в изучении шаровой молнии. Именно на это направлен эксперимент «Шаровая молния», о котором будет рассказано дальше.
Шаровая молния. Это загадочное явление природы еще очень мало изучено. Немало случаев, когда этот сгусток сокрушительной энергии попадает в наши жилища. Она проникает в помещение через малейшие трещины, дымоходы и даже через гладкое стекло. Шаровая молния - быстротечное явление, но иногда ее можно наблюдать в течении 20 секунд.
Шаровая молния считается особым видом молнии, который представляет собой плывущий по воздуху светящийся огненный шар (иногда имеет вид гриба, капли или груши).
Попадая в квартиру, шаровая молния ведет себя по-разному: она или гаснет, или с треском "разбрызгивается". Размеры ее бывают разными. Наиболее часто встречаются молнии размером примерно в 15 см. Но бывают случаи, когда в диаметре она достигает 1 метра и больше. При контакте с человеком в основном дело кончается трагически. Но в редких случаях этого не происходит. Не так давно в Китае случился такой контакт: удивительно, но 2 раза попав в одного и того же человека, она не убила его (инцидент был показан по телевизору).
Описан случай такой встречи с шаровой молнией: в Зимбабве (Африка) молодая женщина при таком контакте отделалась лишь потерей платья и прически. В Пятигорске рабочий-кровельщик обжег руки, пытаясь отмахнуться от небольшого шарика, который как бы завис над ним. Пришлось долго лечиться, ибо такие ожоги долго не заживают. Но случаев, которые кончаются трагически гораздо больше. Летом произошел случай, когда был убит нестарый еще человек, который пас на выгоне общественную скотину. Шаровая молния уничтожила его вместе с конем.
Были случаи, когда самолеты встречаются с этими огненными шарами. Но пока не зафиксировано гибели самолета или экипажа (отмечались лишь незначительные разрушения обшивки).
Как выглядит шаровая молния
Шаровые молнии бывают разной формы: круглые, овальные, конусообразные и др. Цвет молний тоже имеет полный спектр окрасок. Встречаются красные с разными оттенками, зеленые, оранжевые, белые. Некоторые виды молний имеют светящийся "хвост". Что это за явление природы? Ученые говорят, что шаровая молния это сгусток плазмы, температура которого может составлять 30000000 градусов. Это выше солнечной температуры в его центре.
Отчего это происходит, какова его природа возникновения. Отмечены наблюдения возникновения этих "шариков" ниоткуда - в солнечный ясный день загадочные оранжевые шарики передвигались вблизи от поверхности, в месте, где не было никаких высоковольтных проводов и других видов энергетических источников. Может быть, они возникают глубоко в недрах нашей планеты, может - в разломах ее. В общем, это таинственное явление никем еще не изучено. Наши ученые больше знают о происхождении звезд, чем о том, что происходит у них под носом из века в век.
Типы шаровых молний
На основании рассказов очевидцев выделяют два основных типа шаровых молний:
- Первый — это шаровая молния красного цвета, спускающаяся с облака. Когда такой небесный гостинец коснется какого - нибудь предмета на земле, например дерева, он взрывается. Интересно: шаровая молния размером может быть с футбольный мяч, она умеет угрожающе шипеть и жужжать.
- Другой тип шаровой молнии долго путешествует вдоль земной поверхности и светится ярким белым светом. Шар притягивается к хорошим проводникам электричества и может коснуться чего угодно — земли, линии электропередачи или человека.
Время существования шаровой молнии
Шаровая молния существует от нескольких секунд до нескольких минут. Почему так получается?
Одна из теории утверждает, что шар — маленькая копия грозовой тучи. Вот как это, возможно и происходит. В воздухе постоянно находятся мельчайшие пылинки. Молния может сообщить электрический заряд пылинкам в определенном участке воздуха. Одни пылинки заряжаются положительно, другие — отрицательно. В дальнейшем световом представлении длительностью до многих секунд миллионы мелких молний соединяют разноименно заряженные пылинки, создавая в воздухе образ сверкающего огненного шара - шаровую молнию.
