Шаровая молния: миф или реальность?

Шаровая молния в домашних условиях

Энергия шаровой молнии поражает воображение. В 1861 году пассажиры французского поезда засвидетельствовали, что красноватый шар величиной с кулак, перемещавшийся вдоль телеграфного провода, добрался до столба и переломил его. Для подрыва такого столба используют толовую шашку массой 400 граммов. Но ведь плавающая в воздухе шаровая молния такого размера весит не больше одного грамма. То есть плотность энергии у нее 100кВт/ч. Это в тысячу раз больший показатель, чем у лучших современных аккумуляторов.

Сумев воссоздать шаровую молнию и использовать ее энергию, человечество могло бы посылать ракеты в далекий космос и обеспечить весь транспорт планеты «халявным» топливом. Попытки «приручения» шаровой молнии шли на протяжении всего XX века. Однако лучшие результаты были достигнуты практически случайно.

У знаменитого физика Петра Капицы была дача на Николиной горе. Рядом с домом он построил сарай под названием «Изба физических проблем». Вместе с сыном ему удалось придумать и собрать в Избе мощный генератор сверхвысоких частот. В одном из экспериментов излучение генератора шло через кварцевый шар, наполненный гелием. Вдруг в шаре возникло четко очерченное свечение, очень похожее на шаровую молнию. Оно длилось несколько секунд, пока не расплавился шар.

Это навело Капицу на мысль, что шаровая молния существует за счет внешнего излучения. Во время грозы это могут быть СВЧ-волны, возникающие между землей и облаками. Теория просуществовала долгое время, но подтверждения не нашла — никаких следов СВЧ-излучения во время грозы найти не удалось. К тому же она не объясняет появления шаровых молний при ясной погоде. Зато Капица оказался первым в мире ученым, сумевшим воссоздать шаровую молнию «в домашних условиях».

Плазма или антивещество?

Если не считать гипотезы про инопланетян, которые следят за нами с помощью своих беспилотников — шаровых молний, то самое популярное на сегодня объяснение их природы — плазменная структура. Идея принадлежит советскому физику Борису Смирнову. Он предположил, что гигантский запас энергии шаровой молнии обусловлен тем, что ядро ее представляет собой нечто вроде каркаса или ячеистой структуры, сотканной из нитей плазмы. С точки зрения термодинамики идея Смирнова безупречна. Однако теория о плазменной природе шаровых молний не объясняет их удивительную живучесть. По словам очевидцев, шаровые молнии могут существовать несколько десятков минут, в то время как крайне неустойчивая плазма возникает буквально на доли секунд.

Самое экстравагантное научное объяснение предполагает, что шаровая молния — это результат встречи частицы антивещества с частицей земного вещества. Ну, тут ничего сказать не возможно. Антивещество еще не обнаружено, и существует ли оно вообще, науке точно не известно.

В 2012 году китайским ученым впервые в мире удалось снять шаровую молнию на видео. Произошло это случайно. Исследователи Университета Ланчжоу во время грозы замеряли уровень радиации. Тут-то их камера и зафиксировала светящийся шар диаметром около пяти метров, который медленно проплыл в воздухе около пятнадцати метров и тихо-благородно исчез. Продолжалось это явление всего две секунды.

Спектральный анализ шаровой молнии позволил выявить в ней следы кремния, железа и кальция. Это означало, что ее состав такой же, как у местной почвы. Опираясь на эти данные, ученые предположили, что шаровая молния возникает от удара обычной молнии в землю и представляет собой вихрь раскаленных частиц пыли. Это идеально согласуется с теорией советского физика Якова Френкеля о том, что шаровая молния представляет собой сфероидный вихрь пылевых частиц и химически активных из-за влияния электрического поля газов. Однако не объясняет, почему шаровые молнии появляются не только в грозу.

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

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».

4.

Есть и другие теории происхождения шаровой молнии. Некоторые исследователи видят в ней водяной пузырь с положительно и отрицательно заряженными ионами воздуха внутри, которые притягиваются друг к другу после электрического разряда.

Ещё одна версия – термохимическая реакция молекул воды. А кто-то сравнивает электрическую сферу с аэрогелем, только вместо твердого каркаса молния сформирована из нитей плазмы.

Учёные до конца не понимают природу шаровой молнии, но сходятся в одном: её происхождение связано с прохождением газов сквозь область с разными электрическими потенциалами. Это провоцирует ионизацию газов и их сжатие в шар.

Можно ли создать искусственную шаровую молнию? Исследователям из разных стран удаётся создать это явление в лаборатории, причём разными способами. Однако все версии существовали менее нескольких секунд. Стабильную шаровую молнию никто не смог воспроизвести.

Наука и технологии
8 октября, 2020
464 просмотра