Тайны шаровой молнии

Портрет молнии-убийцы

Выглядят шаровые молнии по-разному. Обычно это светящиеся шары диаметром от нескольких сантиметров до нескольких метров. Хотя есть свидетельства о появлении грушевидных, грибовидных или вытянутых молний. Цвет их бывает белым, желтым, голубым, красным. Время существования — от нескольких секунд до нескольких минут.

Повадки шаровых молний совершенно непредсказуемы. Пожалуй, именно это в них и пугает больше всего. Иногда они плавают в воздухе и тихонько исчезают. Иногда взрываются с адским грохотом. Могут разнести на кусочки каменную церковь, а могут аккуратно полетать внутри деревянного дома и скромно удалиться через окно. А еще шаровые молнии умеют воровать драгоценности, закорачивать электроприборы и ломать часовые механизмы.

Одно из старинных описаний шаровой молнии рассказывает об огненном шаре диаметром два с половиной метра, который влетел во время грозы в церковь графства Девон в Англии. Шар выбил несколько камней из кладки, разбил окна и скамейки и разделился пополам: один шар вылетел наружу, другой исчез где-то в церкви. После себя они оставили темный дым с запахом серы. Четыре человека погибли, шестьдесят были ранены. На дворе стоял 1638 год. Очевидцы, не колеблясь, объяснили это явление «пришествием дьявола» и обвинили в нем двух человек, игравших в карты во время проповеди.

В 1809 году с шаровой молнией столкнулся британский корабль «Уоррен Гастингс». Во время шторма судно «атаковали три огненных шара». Один из них спустился к палубе и убил на ней матроса. К нему подбежал на помощь товарищ. Моряка ударил второй шар, но не убил, а сбил с ног и слегка обжег. Третий шар убил еще одного матроса.

Методом проб и ошибок люди нашли безопасную модель поведения при встрече с шаровой молнией — сидеть тихо и не дергаться. 10 сентября 1845 года шаровая молния проникла через камин в деревенский дом в местечке Саланьяк (Франция). Светящийся шар медленно плыл над полом кухни. Хозяйка велела молодому парню, сидевшему у входа, «раздавить эту гадость». Однако продвинутый парень бывал в Париже, там видел популярные опыты с электричеством и предпочел не двигаться. Молния покружила по кухне, выплыла в дверь и направилась к хлеву. В хлеву была свинья, которая решила понюхать светящийся шарик и погибла на месте.

Широко известно пристрастие шаровых молний к драгметаллам. Они буквально испаряли с людей золотые браслеты, серебряные сережки, наручные часы. В 1761 году молния, влетевшая в венскую церковь, оторвала позолоту с карниза и перенесла ее на серебряную кропильницу. Среди шалостей шаровых молний также — включающиеся и тут же перегорающие электроприборы, сломанные часы.

Убивает шаровая молния быстро и не оставляет заметных следов на теле. А вот выживших она зачастую награждает удивительными сувенирами. Доктору Гатье де Клабри, попавшему в грозу близ Блуа, шаровая молния сбрила бороду, да так, что больше борода у доктора никогда не росла.

Среди самых знаменитых жертв шаровой молнии — сотрудник Ломоносова, ученый Георг Рихман. Помните картинку из школьного учебника физики? Молния, вырвавшаяся из прибора, поражает ученого прямо в лоб, и он падает на землю. Сам Ломоносов также был склонен винить в гибели Рихмана незаземленный прибор для изучения атмосферного электричества. Однако современные историки полагают, что «синеватый шар», ударивший ученого в лоб, мог быть шаровой молнией, влетевшей в лабораторию через незакрытую дверь. Об этом свидетельствует и описание тела Рихмана. Ожогов, характерных для удара обычной молнией, на нем не было. С большим трудом коллеги, осматривавшие тело, нашли на виске «кровавое красное пятно с рублевик величиною».

Как она выглядит?

Те, кому довелось увидеть шаровую молнию, описывают ее как светящийся шар, который может плыть в воздухе в любом направлении, издавая легкое потрескивание. Цвет шара может быть любым – оранжевым, голубым, красным, белым. Появление молнии никак не связано с источниками электрической энергии.

Шаровая молния может попасть в помещение через отверстие меньше ее диаметра; иногда шар «прилипает» к проводам и перемещается вдоль них. Поток света от молнии похож на световой поток от электрической лампы. Живет огненный шар не больше десяти секунд, после чего может взорваться или внезапно погаснуть.

Получить шаровую молнию в лабораторных условиях почти невозможно, и исследователи опираются в работе в основном на свидетельства очевидцев. Но мало кто из свидетелей мог видеть сам момент зарождения молнии. Ученые считают, что шаровая молния может возникать в месте разветвления обычной молнии. Хотя нередко очевидцы утверждают, что шар появляется из электрощитка, телефонного аппарата, розетки. Несомненно одно: шаровая молния формируется там, где скапливаются электрические заряды, которые не могут нейтрализоваться.

Откуда она появляется?

Существует около четырехсот теорий, которые так или иначе объясняют происхождение шаровой молнии, но пока ни одна из них не получила стопроцентного подтверждения. Остановимся на самой распространенной. Чтобы понять принцип появления шаровой молнии, нужно вспомнить, с чего начинается образование обычной, линейной молнии.

Из-за высокой напряженности электрического поля в облаке появляется канал сильно ионизированного воздуха. Его острие скачками в несколько десятков метров, с изменением направления движения продвигается к земле. Так создается ломаный электропроводящий канал, и по нему с громом и свечением происходит перенос основной части заряда с земли в облако. Вихревая составляющая электромагнитного поля, которая создается в начальной точке движения заряда и при каждом изломе траектории, отрывается от общего поля и начинает самостоятельную жизнь.

Если энергии в этом электромагнитном вихре много, он ионизирует воздух с образованием плазмы. Эта плазма образует внешнюю оболочку, которая запирает электромагнитный вихрь в ловушку. В физике это называют «солитон», или «уединенная волна». Условия для ее недолгого существования – нелинейность и дисперсия плазмы. Именно этот солитон и является шаровой молнией.

Открытие шаровой молнии

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.

Почему светится шаровая молния

 Остановимся еще на одной загадке шаровой молнии: если ее температура невелика (в кластерной теории считается, что температура шаровой молнии около 1000°К), то почему же тогда она светится? Оказывается, и это можно объяснить.

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

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий