Необычайно качественные дожди, прошедшие в Киеве за последние две недели как-то навели меня на мысли об атмосферных явлениях, эти самые дожди сопровождающих — гром слышал, молнию видел, ветерр был, мокрая вода была, а вот шаровых молний как-то не видел. И стало мне интересно — что же это за природное явление такое и что о нем пишут. Результатом небольшого обзора современных представлений о шаровой молнии является данная заметка в двух частях.
С тех пор и по сей день сообщения о шаровых молниях документируются и изучаются…примерно как НЛО. Их много , они разные и от разных источников. Шаровые молнии могут двигаться во всех направлениях, против ветра и вместе с ним, притягиваться или не притягиваться к металлическим объектам, машинам и людям, взрываться и не взрываться, быть опасными или безвредными для людей, вызывать и не вызывать пожары и повреждения, пахнуть серой или озоном (зависит от системы мировоззрения?). В 1973 году были опубликованы свойства "типичной" шаровой молнии, основанные на анализе статистики наблюдений:
— появляется одновременно с разрядом молнии в землю;
— имеет сферическую, сигарообразную или дисковую форму с неровными краями, как бы, даже "пушистыми";
— диметр от одного сантиметра до метра;
— яркость свечения приблизительно как 100-200 ваттная электрическая лампочка, днем ее видно хорошо;
— цвета самые разные, бывают даже черного цвета (сотона!!!), но в основном — желтые, красные, оранжевые и зеленые;
— существуют от одной секунды до нескольких минут, 15-20 секунд самое распространенное время;
— как правило, куда-то двигаются (вверх, вниз, чаще — прямо) со скоростью до пяти метров в секунду, но могут и просто висеть в воздухе, иногда вращаются вокруг своей оси;
— тепла практически не излучают, будучи "холодными" (на ощупь, что ли, пробовали?), но тепло может выделяться при взрыве (газовых труб);
— некоторые притягиваются к проводникам — железным заборам, автомобилям, трубопроводам (газовым, и взрываются с выделением тепла), а некоторые просто проходят сквозь любую материю;
— при исчезновении могут уйти тихо, без шума, а могут громко, с хлопком;
— после себя часто оставляют запах серы, озона или оксидов азота (зависит от мировоззрения и обстоятельств исчезновения?).
Ученые, в свою очередь, проводят интересные эксперименты на тему воссоздания эффектов шаровой молнии. Лидируют русские и немцы. Наиболее простые и доходчивые вещи можно делать прямо у себя дома, при помощи микроволновой печи и коробка спичек (если хотите, чтобы молния взорвалась с выделением тепла, кроме спичек нужны еще напильник и газовая труба с газом в ней).
Оказывается, если в микроволновку положить только что потушенную спичку и включить печь, то головка запылает красивым плазменным пламенем, а ближе к потолку камеры печки будут летать светящиеся шарики, похожие на шаровую молнию. Сразу скажу — этот эксперимент с большой вероятностью приведет к поломке печи, так что бежать и проводить его прямо сейчас не стоит, если у Вас нет лишней микроволновки.
Явлению есть научное объяснение — в порах проводящего угля на сгоревшей головке спички образуется множество дуговых разрядов, приводящих к свечению и появлению плазмы прямо в воздухе. Сильное электромагнитное излучение этой плазмы, как правило, и приводит к поломке печи и стоящего рядом телевизора.
Более безопасный, но чуть менее доступный эксперимент — разрядить высоковольтный конденсатор в банку c водой. По окончанию разряда над банкой образуется облако светящейся низкотемпературной паро-водяной плазмы зелененького цвета. Она холодная (бумажку не поджигает)! И живет не долго, около трети секунды…немецкие ученые заявляют, что повторять это можно пока не кончится вода или электричество для заряда конденсатора.
Их бразильские братья получают более похожий на шаровую молнии эффект, испаряя кремний, а затем превращают в плазму образовавшийся пар. Гораздо более сложно и высокотемпературной, но за то — шарики живут дольше, они горячие и пахнут серой!
Из более менее научных обоснований того, что же это такое, выделяют около 200 различных теорий, однако вменяемо объяснить не может ни кто. Самые простые догадки сводятся к тому, что это самоподдерживающиеся сгустки плазмы. Ведь эффект все же связан с молниями и атмосферным электричеством. Правда, неизвестно как и почему плазма удерживается в стабильном состоянии без видимой внешней подпитки. Похожий эффект дает испарение кремния электрической дугой.
Пар, конденсируясь, вступает в реакцию окисления с кислородом и такие вот горящие облачка могут возникать при ударе молнии в грунт. В то же время, беспощадные русские ученые — нанотехнологи от Росгоснанотеха считают, что шаровые молнии — это аэрозоль из нанобатареек , постоянно замыкающихся короткими замыканиями, кроме шуток!
Рабинович считает, что это миниатюрные черные дыры , оставшиеся после Большого Взрыва и проходящие через атмосферу Земли. Масса их может быть более 20 тонн, а плотность выше золота в 2000 раз (и стоят в 9000 раз дороже). В качестве подтверждения этой теории были предприняты попытки обнаружить следы радиоактивного излучения в местах появления шаровых молний, однако, ничего необычного найдено не было.
Совсем суровые челябинцы считают , что шаровая молния — это спонтанная самотекущая реакция термоядерного синтеза в микроскопических масштабах. А если затянуться глубже, то оказывается, что это, на самом деле, свет в чистом виде, сжатый сгустками воздуха и бегающий по воздушным световодам, без возможности вырваться из крепких стен этого самого сжатого воздуха.
А еще мне нравится вот это объяснение из Русской википедии, беспощадной, как ядерные матрешки — "Эти модели шаровой молнии (гетерогенная плазма в условиях АВЗ и СВЭР) при плотности потока энергии первичного электронного пучка, разряда или волны ионизации порядка 1 ГВт/кв.м при концентрации электронов первичного пучка порядка 10 млрд/куб.см вследствие АВЗ СВЭР радиус Дебая определяется концентрацией, зарядом и средней скоростью движения аэрозоля, а не ионов и не электронов, необычно мал, диффузия и рекомбинация необычно малы, коэффициент поверхностного натяжения 0,001..10 Дж/кв.м., ШМ представляет собой тёплый долго не рекомбинирующий гетерогенный плазменный шар, произведение времени жизни на объёмную плотность энергии 0,1..1000 кДж*с/куб.см. Это соответствует наблюдаемым в природе свойствам шаровой молнии".
Именно за такие перлы я стараюсь никогда ей не пользоваться.
Лично мне ближе объяснение , независимо полученное экспериментальным путем различными группами ученых в США и Европе. Согласно их утверждениям, в результате воздействия сильного электромагнитного поля на головной мозг человека, у него возникают зрительные галлюцинации, практически полностью совпадающие с описанием шаровых молний.
Галлюцинации всегда одинаковые, после облучения мозга, человек видит один или несколько светящихся шаров, летающих или двигающихся в случайном порядке. Длятся эти галюны несколько секунд после воздействия импульса, что совпадает со временем жизни большинства шаровых молний по показаниям их свидетелей (остальных, видимо, просто дольше "плющит"). Эффект называется "транскарниальная магнитная стимуляция " и иногда возникает у пациентов в томографах.
Если вспомнить, что практически все шаровые молнии бывают в грозу, сразу после разряда молнии обычной, а он сопровождается сильным электромагнитным импульсом, то вполне вероятно, что человек, находясь в близи источника такого импулься, мог видеть и шаровые молнии.
Какой мы делаем отсюда вывод? Есть ли шаровые молнии или их нет? Дискуссий здесь столько же, сколь по НЛО. Мне лично кажется, что в случае, когда присутствует прямое повреждение шаровой молнией имущества, то это просто повод списать нежелательные последствия на загадочные и необъяснимые явления природы, то есть — обыкновенное мошенничество. Из серии — я все сделал, но тут пришел страшный компьютерный вирус и все стерлось, а компьютер сломался. Случаи же простого наблюдения безвредных шариков — те самые галлюцинации, вызванные воздействием на человеческий мозг сильного электромагнитного импульса. Так что, если в грозу к вам залетит непонятного вида светящийся шарик, не пугайтесь — возможно, он скоро улетит. Или носите кепочку из фольги 🙂
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.
Страх человека чаще всего исходит от незнания. Мало кто боится обычной молнии - искрового электрического разряда - и все знают, как вести себя во время грозы. Но что такое шаровая молния, опасна ли она, и что делать, если вы столкнулись с этим явлением?
Какие бывают шаровые молнии?
Узнать шаровую молнию очень легко, несмотря на разнообразие ее видов. Обычно она имеет, как можно легко догадаться, форму шара, светящегося, как лампочка на 60-100 Ватт. Гораздо реже встречаются молнии похожие на грушу, гриб или каплю, или такой экзотической формы как блин, бублик или линза. Зато разнообразие цветовой гаммы просто поражает: от прозрачного до черного, но лидируют все же оттенки желтого, оранжевого и красного. Цвет может быть неоднородным, а иногда шаровые молнии меняют его, как хамелеон.
Говорить о постоянном размере плазменного шара тоже не приходится, он колеблется от нескольких сантиметров до нескольких метров. Но обычно люди сталкиваются с шаровыми молниями диаметром 10-20 сантиметров.
Хуже всего в описании молний дело обстоит с их температурой и массой. По данным ученых, температура может быть в пределах от 100 до 1000 оС. 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.
Если вы когда-нибудь издалека видели объект, похожий на то, что описал МирСоветов, поздравляем - это, скорее всего, и была шаровая молния.
Поведение шаровых молний
Поведение шаровых молний непредсказуемо. Они относятся к явлениям, которые появляются когда хотят, где хотят и творят, что хотят. Так, раньше считалось, что шаровые молнии рождаются только во время гроз и всегда сопровождают линейные (обычные) молнии. Однако постепенно выяснилось, что они могут появиться и в солнечную ясную погоду. Полагали, что молнии как бы «притягиваются» к местам высокого напряжения с магнитным полем - электрическим проводам. Но были зафиксированы случаи, когда те появлялись фактически посреди чистого поля…
Шаровые молнии непонятным образом исторгаются из электрических розеток в доме и «просачиваются» сквозь малейшие щели в стенах и стекла, превращаясь в «сосиски» и затем снова принимая обычную свою форму. При этом не остается никаких оплавленных следов… Они то спокойно висят на одном месте на небольшом расстоянии от земли, то несутся куда-то со скоростью 8-10 метров в секунду. Встретив на своем пути человека или животное, молнии могут держаться от них вдалеке и вести себя мирно, могут любопытно кружить поблизости, а могут напасть и обжечь или убить, после чего или растаять, как ни в чем не бывало, или взорваться с ужасным грохотом. Однако, несмотря на частые рассказы о травмированных или убитых шаровой молнией, число их сравнительно невелико - всего 9 процентов. Чаще всего, молния, покружив по местности, исчезает, не причинив никакого вреда. Если она появилась в доме, то обычно обратно «просачивается» на улицу и только там тает.
Также зафиксировано много необъяснимых случаев, когда шаровые молнии «привязываются» к какому-то конкретному месту или человеку, и появляются регулярно. При этом по отношению к человеку они делятся на два вида - те, которые нападают на него в каждое свое появление и те, которые не причиняют вреда либо нападают на людей, находящихся поблизости. Существует еще одна загадка: шаровая молния, убив человека, совершенно безо всякого следа на теле, а труп долгое время не коченеет и не разлагается…
Некоторые ученые говорят, что молния просто «останавливает время» в организме.
Шаровая молния с научной точки зрения
Шаровая молния - явление уникальное и своеобразное. За историю человечества скопилось более 10 тысяч свидетельств о встречах с «разумными шарами». Однако до сих пор ученые не могут похвалиться большими достижениями в сфере исследования этих объектов. Существует масса разрозненных теорий о происхождении и «жизни» шаровых молний. Время от времени в лабораторных условиях получается создать объекты, по виду и свойствам похожие на шаровые молнии - плазмоиды. Тем не менее, стройной картины и логичного объяснения этому явлению никто предоставить так и не смог.
Наиболее известной и разработанной раньше остальных является теория академика П. Л. Капицы, которая объясняет появление шаровой молнии и ее некоторые особенности возникновением коротковолновых электромагнитных колебаний в пространстве между грозовыми тучами и земной поверхностью. Однако Капице так и не удалось объяснить природу тех самых коротковолновых колебаний. К тому же, как было замечено выше, что шаровые молнии не обязательно сопровождают обычные молнии и могут появляться в ясную погоду. Тем не менее, большинство других теорий основаны на выводах академика Капицы.
Отличные от теории Капицы гипотеза была создана Б. М. Смирновым, утверждающим, что ядро шаровой молнии - это ячеистая структура, обладающая прочным каркасом при малом весе, причем каркас создан из плазменных нитей.
Д. Тернер объясняет природу шаровых молний термохимическими эффектами, протекающими в насыщенном водяном паре при наличии достаточно сильного электрического поля.
Однако самой интересной считается теория новозеландских химиков Д. Абрахамсона и Д. Динниса. Они выяснили, что при ударе молнии в почву, содержащую силикаты и органический углерод, образуется клубок волокон кремния и карбида кремния. Эти волокна постепенно окисляются и начинают светиться. Так рождается «огненный» шар, разогретый до 1200-1400 °С, который медленно тает. Но если температура молнии зашкаливает, то она взрывается. Тем не менее, и эта стройная теория не подтверждает все случаи возникновения молний.
Для официальной науки шаровая молния по-прежнему продолжает оставаться загадкой. Может поэтому вокруг нее появляется столько околонаучных теорий и еще большее количество вымыслов.
Околонаучные теории о шаровой молнии
Мы не будем рассказывать здесь истории о демонах с горящими глазами, оставляющих за собой запах серы, адских псах и «огненных птицах», как иногда представляли шаровые молнии. Однако странное их поведение дает многим исследователям этого феномена предположить, что молнии «мыслят». Как минимум, шаровые молнии считаются приборами для исследования нашего мира. Как максимум - энергетическими сущностями, которые также собирают какие-то сведения о нашей планете и ее обитателях.
Косвенным подтверждением этих теорий может служить и тот факт, что любой сбор информации - это работа с энергией.
И необычное свойство молний исчезать в одном месте и появляться мгновенно в другом. Есть предположения, что одна и та же шаровая молния «ныряет» в определённую часть пространства - иного измерения, живущего по другим физическим законам, - и, сбросив информацию, появляется снова в нашем мире в новой точке. Да и действия молний относительно живых существ нашей планеты тоже осмысленны - одних они не трогают, к другим «прикасаются», а у некоторых просто вырывают кусочки плоти, словно на генетический анализ!
Легко объяснимо и частое появление шаровых молний во время гроз. Во время всплесков энергии - электрических разрядов - открываются порталы из параллельного измерения, и в наш мир попадают их сборщики информации о нашем мире…
Что делать при встрече с шаровой молнией?
Главное правило при появлении шаровой молнии - будь то в квартире или на улице - не паниковать и не делать резких движений. Никуда не бегите! Молнии очень восприимчивы к завихрениям воздуха, которые мы создаём при беге и прочих движениях и которые тянут ее за собой. Оторваться от шаровой молнии можно только на машине, но никак не своим ходом.
Постарайтесь тихо свернуть с пути молнии и держаться дальше от нее, но не поворачиваться к ней спиной. Если вы находитесь в квартире - подойдите к окну и откройте форточку. С большой долей вероятности молния вылетит наружу.
И, конечно же - никогда ничего не бросайте в шаровую молнию! Она может не просто исчезнуть, а взорваться, как мина, и тогда тяжелые последствия (ожоги, травмы, иногда потеря сознания и остановка сердца) неотвратимы.
Если же шаровая молния задела кого-то и человек потерял сознание, то его необходимо перенести в хорошо проветриваемое помещение, тепло укутать, сделать искусственное дыхание и обязательно вызвать скорую помощь.
Вообще же, технические средств защиты от шаровых молний как таковых пока не разработано. Единственный существующий сейчас «шаромолниеотвод» был разработан ведущим инженером Московского института теплотехники Б. Игнатовым. Шаромолниеотвод Игнатова запатентован, но создано подобных устройств – единицы, речи об активном внедрении его в жизнь пока не идет.
Поэтому - берегите себя, и если встретите шаровую молнию, не забывайте о рекомендациях.
Шаровая молния представляет собой, так называемые сгустки плазмы, которые образуются во время грозовой погоды. Но истинная природа образования этих огненных шаров не дает возможности ученым выдвинуть здравое объяснение неожиданных и весьма пугающих эффектов, которые, как правило образовываются при возникновении шаровых молний.
Появление «дьявола»
На протяжении длительного времени люди считали за извержением грома и молнии стоит мифическое божество Зевс. Но самыми загадочными были именно шаровые молнии, появляющиеся крайне редко и неожиданно испаряясь оставляли лишь самые жуткие истории их происхождения.
Первое возникновение шаровой молнии было засвидетельствовано в описании одного из самых трагических происшествий, случившееся 21-го октября 1638-го года. Шаровая молния на большой скорости через окно буквально влетела в церковь деревни «Вайдкомб-Мур». Очевидцами было рассказано, что тогда еще непонятный для них искрящийся огненный шар в диаметре более двух метров каким-то образом выбил силой из церковных стен пару камней и деревянные балки.
Но на этом шар не остановился. Далее этот огненный шар напополам разломал деревянные скамейки, а также побил много окон и после этого задымил густым дымом помещение с запахом какой-то серы. Но местных жителей, которые пришли в церковь на богослужение ожидал еще один не очень приятный сюрприз. Шар на несколько секунд остановился и после разделился на две части, два огненных шара. Один, из которых, вылетел в окно, а другой растворился в помещении церкви.
После случившегося четыре человека скончалось, а около шестидесяти сельских жителей были сильно ранены. Этот случай получил название «пришествием дьявола», в котором сделали виноватыми прихожан, игравших в карты во время проповеди.
Ужас и страх
Шаровая молния не всегда бывает сферической формы, можно встретить и овальную, каплевидную и стержневидную шаровую молнию, размер которых можно быть, как от нескольких сантиметров, так и до нескольких метров.
Зачастую наблюдают шаровую молнию небольших размеров. В природе можно встретить шаровую молнию красную, желто-красную, полностью желтую, в редких случаях белую или зеленую. Иногда шаровая молния ведет себя достаточно осмысленно, плавая в воздухе, а иногда может резко остановиться без имеющихся на то причин, а после с силой налететь на совершенно любой предмет или человека и полностью в него разрядиться.
Многие свидетели утверждают, что во время полета огненный шар издает тихий ели уловимый звук, похожий на шипение. А появление шаровой молнии, как правило, сопровождается запахом озона или серы.
Прикасаться к шаровой молнии категорически запрещено! Подобные случаи заканчивались сильнейшими ожогами и даже потерей сознания человека. Ученые утверждают, что это непонятное природное явление может даже убить человека своим электрическим разрядом.
В 1753-ом году профессор физики Георг Рихман погиб от шаровой молнии во время эксперимента с электричеством. Эта смерть потрясла всех и заставила задуматься, что же на самом деле представляет собой шаровая молния и почему она вообще возникает в природе?
Свидетели часто замечают, что при виде шаровой молнии они ощущают чувство ужаса, которое им внушает, по их мнению, шаровая молния. После встречи этого огненного шара на своем пути у очевидцев возникает чувство подавленности и сильнейшие головные боли, которые очень долго могут не проходить и никакие обезболивающие не помогают.
Опыт ученных
Ученые пришли к выводу, у шаровой молнии нет сходств с обычной молнией, так как их можно наблюдать при ясной сухой погоде, в том числе в зимний период года.
Появилось много теоретических моделей, которые описывают само происхождение и непосредственно эволюцию шаровых молний. На сегодняшний день их число насчитывается более четырехсот.
Главное затруднение этих теорий состоит в том, что все теоретические модели воссоздаются при помощи различных экспериментов, только с некоторыми ограничениями. Если ученые начинают приравнивать искусственно созданную среду к естественной, то получается лишь некий «плазмоид», который живет в течении пары секунд, но не более того, а природная шаровая молния живет на протяжении получаса, при этом постоянно передвигается, зависает, преследует людей по совершенно непонятной причине, а также проходит сквозь стены и даже может взорваться, поэтому модель и действительность пока далеки друг от друга.
Предположение
Ученые выяснили, для того, чтобы узнать истину, нужно поймать, а также провести тщательное изучение шаровой молнии непосредственно в открытом поле, вскоре желание ученых осуществилось. 23-го июля 2012-го года в позднее вечернее время огненный шар был пойман при помощи двух спектрометров, которые были установлены непосредственно на Тибетском плато. Физики из Китая осуществлявшие изучение смогли зафиксировать в течение нескольких секунд свечение, которое издавала самая настоящая шаровая молния.
Ученые смогли сделать невероятное открытие: по сравнению со спектром простой привычной для человеческого взора молнии, в которой в основном имеются линии ионизированного азота, спектр природной шаровой молнии, как оказалось полностью пропитан прожилками железа, а также кальция и кремния. Все перечисленные элементы выступают в качестве основных составляющих почвы.
Ученые пришли к выводу, что внутри шаровой молнии идет процесс сгорания частиц почвы, которые были выброшены в воздух простым грозовым ударом.
В это же время китайскими исследователями говориться, что секрет феномена раскрыта пока преждевременно. Предположим, что в центре самой шаровой молнии сгорают частички почвы. Каким образом объясняется умение шаровых молний проходить сквозь стены или же воздействие на людей при помощи эмоций? Кстати говоря, бывали случаи, когда шаровые молнии появлялись прямо внутри подводных лодок. Как же тогда это можно объяснить?
Все это еще покрыто тайной и даже ученые не могут уже на протяжении многих лет или даже столетий объяснить феномен шаровой молнии. Неужели эта загадка так и останется нераскрытой научным миром?
Что скрывается за мистическим появлением загадочного сгустка энергии, которого так боялись средневековые европейцы?
Существует мнение, что это посланники внеземных цивилизаций или вообще, существа, наделенные разумом. Но так ли это на самом деле?
Давайте разберемся с этим необыкновенно интересным явлением.
Что такое шаровая молния
Шаровая молния – редкое природное явление, выглядящее как светящееся и плавающее в воздухе образование. Это светящийся шар, который появляется, как кажется, из ниоткуда и исчезает в разреженном воздухе. Его диаметр варьируется от 5 до 25 см.
Обычно шаровую молнию можно увидеть непосредственно перед, после или во время грозы. Продолжительность самого явления колеблется в пределах от нескольких секунд до пары минут.
Продолжительность существования шаровой молнии имеет тенденцию увеличиваться с ее размером и уменьшаться с ее яркостью. Считается, что шаровые молнии, имеющие отчетливый оранжевый или голубой цвет, существуют дольше, чем обычные.
Шаровые молнии, как правило, летят параллельно земле, но также могут двигаться вертикальными скачками.
Обычно такая молния спускается с туч, но также может внезапно материализоваться на открытом воздухе или в помещении; она может проникать в комнату через закрытое или открытое окно, тонкие неметаллические стены или дымоход.
Загадка шаровой молнии
В первой половине 19 века французский физик, астроном и естествоиспытатель Франсуа Араго, возможно первым в цивилизации, произвёл сбор и систематизировал все известные на то время свидетельства появления шаровой молнии. В его книге было описано более 30 случаев наблюдения шаровых молний.
Выдвинутое некоторыми учеными предположение о том, что шаровая молния представляет собой плазменный шар, было отклонено, поскольку «горячий шар из плазмы должен был бы подняться вверх как аэростат», а этого шаровая молния как раз и не делает.
Некоторые физики предполагали, что шаровая молния появляется благодаря электрическим разрядам. Например, российский физик Петр Леонидович Капица полагал, что шаровая молния – это возникающий без электродов разряд, который вызывается сверхвысокочастотными (СВЧ) волнами неизвестного происхождения, существующими между тучами и землей.
Согласно другой теории, наружные шаровые молнии вызываются атмосферным мазером (квантовым генератором СВЧ-диапазона).
Двое ученых из Новой Зеландии – Джон Абрамсон и Джеймс Диннис – уверены, что шаровые молнии состоят из клочковатых шариков горящего кремния, созданных ударом в землю обычной молнии.
Согласно их теории, когда молния ударяет в землю, минералы распадаются на крошечные частицы кремния и его составляющие – кислород и углерод.
Эти заряженные частички соединяются в цепочки, которые продолжают формировать уже волокнистые сетки. Они собираются вместе в светящийся «клочковатый» шар, который подхватывается воздушными потоками.
Там он парит как шаровая молния или горящий шар из кремния, излучая энергию, поглощенную им от молнии в виде тепла и света, до тех пор, пока не сгорит.
В научной среде существует масса гипотез происхождения шаровых молний, о которых нет смысла рассказывать, так как все они являются только предположениями.
Шаровые молнии Николы Теслы
Первыми опытами по исследованию этого загадочного явления можно считать работы в конце 19 века. В своей краткой заметке он сообщает, что, при определённых условиях, зажигая газовый разряд, он, после выключения напряжения, наблюдал сферический светящийся разряд диаметром 2-6 см.
Однако Тесла не сообщал подробности своего опыта, так что воспроизвести эту установку было затруднительно.
Очевидцы утверждали, что Тесла мог делать шаровые молнии на несколько минут, при этом он их брал в руки, клал в коробку, накрывал крышкой и опять доставал.
Исторические свидетельства
Многие физики 19 века, включая Кельвина и Фарадея, при своей жизни были склонны считать, что шаровая молния – это либо оптическая иллюзия, либо явление совершенно иной, неэлектрической природы.
Однако количество случаев, подробность описания явления и достоверность свидетельств возрастали, что привлекло внимание многих учёных, в том числе и известных физиков.
Приведем несколько достоверных исторических свидетельств наблюдения шаровой молнии.
Смерть Георга Рихмана
В 1753 году Георг Рихман, действительный член Академии Наук, погиб от удара шаровой молнией. Он изобрёл прибор для изучения атмосферного электричества, поэтому, когда на очередном заседании услышал, что надвигается гроза, срочно отправился домой вместе с гравёром, чтобы запечатлеть явление.
Во время эксперимента из прибора вылетел синевато-оранжевый шар и ударил учёного прямо в лоб. Раздался оглушительный грохот, схожий с выстрелом ружья. Рихман упал замертво.
Случай с кораблём «Уоррен Хастингс»
Одно британское издание сообщало о том, что в 1809 году корабль «Уоррен Хастингс» во время шторма «атаковало три огненных шара». Команда видела, как один из них спустился и убил человека на палубе.
Того, кто решил забрать тело, ударил второй шар; его сбило с ног, на теле остались лёгкие ожоги. Третий шар убил ещё одного человека.
Команда отметила, что после происшествия над палубой стоял отвратительный запах серы.
Современные свидетельства
- Во время Второй Мировой войны пилоты сообщали о странных явлениях, которые могут быть истолкованы как шаровая молния. Они видели маленькие шары, двигающиеся по необычной траектории.
- 6 августа 1944 года в шведском городе Уппсала шаровая молния прошла сквозь закрытое окно, оставив за собой круглую дырку около 5 см в диаметре. Явление наблюдали не только местные жители. Дело в том, что сработала система слежения за разрядами молнии Уппсальского университета, которая находится на отделении изучения электричества и молнии.
- В 2008 году в Казани шаровая молния залетела в окно троллейбуса. Кондуктор с помощью валидатора отбросила её в конец салона, где не было пассажиров. Через несколько секунд произошёл взрыв. В салоне находилось 20 человек, однако никто не пострадал. Троллейбус вышел из строя, валидатор нагрелся и побелел, но остался в рабочем состоянии.
С древних времен шаровые молнии наблюдали тысячи людей в разных уголках мира. У большинства современных физиков не вызывает сомнений тот факт, что шаровая молния реально существует.
Однако до сих пор нет единого академического мнения о том, что такое шаровая молния и чем вызывается этот природный феномен.
Понравился пост? Нажми любую кнопку.
