Шаровая молния - явление, которому физики до сих пор не нашли достойного объяснения. Исследователи из австралийской правительственной Организации научных и промышленных исследований Содружества (CSIRO) и Национального университета Австралии (ANU) предложили свою версию. По их мнению, всё дело в стекле, через которое светящиеся шары размером с грейпфрут неведомым образом попадают в дом.
Судя по рассказам свидетелей необычного природного феномена, длится полёт около 20 секунд, после чего она так или иначе пропадает из поля зрения наблюдателя (взрывается, уходит в окно, стену, пол и так далее).
Так как видят и описывают шаровую молнию, как правило, обычные люди, то учёным очень сложно понять, что же происходит на самом деле и что является причиной появления странных и опасных шаров.
Воспроизвести шаровую молнию в лаборатории крайне сложно - нужна аппаратура, которая сможет как минимум воссоздать обычную молнию. А это, между прочим, сотня миллионов вольт.
"Шаровую молнию наблюдали сотни людей на протяжении сотен лет, но она до сих пор остаётся для нас загадкой", — говорит в пресс-релизе CSIRO Джон Лоуке (John Lowke), ведущий автор нового исследования.
Чем только не объясняли появление шаровых молний. Гипотезы разгулялись на славу: во всём винили микроволновое излучение, окисление аэрозолей, образующихся в воздухе, ядерную энергию, микроскопические чёрные дыры, тёмную материю и даже антиматерию.
В статье, вышедшей в издании Journal of Geophysical Research Atmospheres, Лоуке и его коллеги пишут, что всё гораздо прозаичнее. Учёные полагают, что дело в стекле, из которого выполнены окна зданий, и оргстекле, из которого делают иллюминаторы самолётов.
"Существует множество свидетельств появления шаровых молний близ окон домов или в кокпите самолёта", — рассказывает Лоуке.
Конечно, шаровые молнии появляются не только близ окон, часто их наблюдали во время разыгравшейся грозы в чистом поле и на море. Однако австралийцы сконцентрировали своё внимание именно на "домашних" случаях.
Лоуке и его коллеги напоминают, что, после того как происходит удар молнии (гигантский электрический искровой разряд в атмосфере), в воздухе остаётся огромное количество отрицательно и положительно заряженных частиц. Обычно они почти мгновенно рекомбинируют, а частицы, которым не досталось пары, отправляются к земле (через проводящие материалы).
Однако некоторые ионы, считают учёные, накапливаются на поверхности непроводящих материалов. Таковым является и стекло. Так как разряд молнии происходит на улице, то заряды скапливаются на внешней стороне окон. Собираясь в достаточном количестве, ионы образуют электрическое поле, которое проникает сквозь стекло.
В результате свободные электроны на внутренней стороне окна воздействуют на молекулы воздуха внутри помещения. Последние выпускают свои электроны и фотоны, которые и образуют светящийся шар.
"Мы впервые представили математическое описание процессов, инициирующих появление шаровых молний", — говорит Лоуке.
Осталось всего ничего, воспроизвести эти процессы в лаборатории. А это, как мы уже сказали, сделать не так-то просто.
Другие учёные ещё не ознакомились с выводами австралийцев, а потому пока сложно сказать, насколько они верны. Сейчас ясно только, что команда Лоуке не учла один серьёзный момент, который описывают многие очевидцы. Шаровые молнии часто заканчивают своё поистине фееричное появление громким хлопком, пишет Discovery.
"Примерно в трети случаев происходит подобие взрыва. Возможно, дело в электрическом поле, которое разогревает газ всё больше. Вся эта масса нагревается сильнее и сильнее, шум, вероятно, обусловлен этим резким расширением", — говорит австралийский учёный.
Однако в статье обоснования этого явления нет, так как это лишь предположение. Исследователи с Зелёного континента надеются, что их последователи разгадают эту загадку.
Шаровые молнии – что это такое
Во всем мире ученые довольно давно проявляют интерес к шаровой молнии. За полтора столетия их научного изучения были выдвинуты десятки мыслимых и немыслимых гипотез, объясняющих природу такого феномена. Зачастую его идентифицируют с таким аномальным атмосферным явлением как НЛО. Это как раз тот случай, когда одну непонятность стараются объяснить другой… Попытаемся прикоснуться к этой тайне природы и мы.
Нетрудно представить, какой ужас могли испытывать наши далекие предки, при встрече со столь непонятным и пугающим явлением. Первые упоминания о шаровой молнии в русских архивах яркий тому пример. 1663 год – в один из монастырей пришел «донос от попа Иванище» из села Новые Ерги, в котором говорилось: «…огнь на землю падал по многим дворам, и на путях, и по хоромам, аки кудели горя, и люди от него бегали, а он каташеся за ними, а никого не ожег, а потом поднялся вверх во облако».
В древние времена мифы и легенды представляли шаровую молнию в самых различных обличьях. Более часто ее изображали в виде монстров с огненными глазами или в виде , который охраняет вход в ад. Временами он выходит прогуляться по поверхности земли. Встреча с ним приносит горе, а порой Цербер оставляет после себя обугленные останки. Хорошо всем знакомый по сказкам Змей Горыныч – из этой серии.
На берегу реки Вахи (Таджикистан) есть таинственный высокий курган, сложенный из округлых камней. Ученые утверждают, что он появился во времена . А вот местный фольклор из поколения в поколение передает легенду об огненном подземном царстве и живущих там . Время от времени они появляются на вершине кургана в окружении «черного сияния» и запаха серы. Описывают этих демонов всегда в виде огромной собаки с горящими глазами.
Английские народные предания полны историй о «призрачных собаках, изрыгающих пламя из пасти».
Есть первые документальные свидетельства о шаровых молниях еще времен Римской империи. В древних манускриптах описывают события 106 года до н. э.: «Над Римом появились гигантские красные вороны. Они несли в своих клювах раскаленные угли, которые падали вниз и поджигали дома. Половина Рима была объята пожаром».
Есть документальные свидетельства о подобного рода явлениях в средневековой Франции и Португалии. Маги и алхимики, начиная с Парацельса и заканчивая загадочным доктором Тораллбой, искали способы получить власть над духами огня.
Мифы и легенды, рассказывающие об огнедышащих драконах и подобной нечисти, существуют практически у всех народов мира. Объяснить это простым невежеством нельзя. Нашлись ученые, заинтересовавшиеся этой темой. Проводились масштабные исследования, и вывод были вполне однозначным: многие мифы, сказки, легенды вполне возможно опираются на реальные события. Все это похоже на свидетельства о неких таинственных природных явлениях. Наличие свечения, способность проникать через материальные объекты и взрывоопасность – ну чем не «проделки» шаровой молнии?
Встречи с шаровыми молниями
Группа энтузиастов под началом московского инженера-электрика С.Мартьянова заинтересовалась необычным явлением под Псковом. В тихом местечке Псковской обл. есть так называемая Чертова поляна. Летом и осенью, по рассказам местного населения, в тех местах столько грибов, что хоть косой коси. Однако старожилы обходят это место стороной, а приезжим обязательно расскажут о странном черном существе с горящими глазами и огненной пастью.
Вот как описал С.Мартьянов свои впечатления от посещения Чертовой поляны: «Там-то и выкатился на меня из кустов таинственный черный шар. Я буквально обалдел: по его поверхности пробегали огненные сполохи. Неподалеку была огромная лужа с дождевой водой. Темный объект заискрился и с шипением прокатился по луже. В воздух поднялось густое облако пара, послышался громкий хлопок. После этого шар моментально исчез, будто сквозь землю провалился. На земле осталась только пожухлая трава».
С.Мартьянов попытался найти разгадку этого природного феномена. В его исследовательскую группу входил физик-теоретик А.Анохин. В следующее посещение Чертовой поляны были взяты несколько электроприборов, которые способны регистрировать мощные электрические разряды. Датчики расставили вокруг поляны и начали караулить. Спустя несколько дней стрелки приборов вздрогнули и резко пошли вправо. Посредине поляны вспыхнуло багровое пламя, которое в скором времени погасло. Но вдруг из-под земли возникло «нечто темно-серое». Черный цвет шара отнюдь не диковинка, так как учеными были давно зафиксированы шаровые молнии темного цвета. Дальше начались сплошные чудеса.
Шар начал вести себя как разумное существо – он обошел всю поляну по кругу, поочередно выжигая там датчики. Оплавилась дорогая видеокамера и штатив, а «нечто темно-серое» возвратилось в центр поляны и всосалось в землю, как в промокательную бумагу. Участники экспедиции долго еще находились в состоянии шока. Загадка не давала покоя. Известно, что шаровая молния чаще всего возникает во время грозы, но в тот день погода была идеальная.
Возможную разгадку этого таинственного явления предложил А.Анохин. Ученым давно известен такой факт, что под землей тоже возникают грозы. В разных регионах Земли постоянно существуют или возникают неожиданно разломы кристаллических пород земной поверхности. Во время деформации в кристаллах появляются электрические потенциалы большой мощности и имеет место пьезоэлектрический эффект. Вероятно, подземные молнии выбиваются на поверхность.
В западной части Новосибирска, недалеко от аэропорта Тохмачево и в районе станции метро Красный проспект, на протяжении нескольких лет наблюдаются огненные объекты. Они имеют диаметр от нескольких сантиметров до нескольких метров, появляются на разной высоте, а порой вырываются прямо из-под земли. Геологи связывают это явление с разломом кристаллических пород.
Исследователи, которые занимаются изучением шаровых молний, часто ласково называют их «шариками» или «колобками».
1902 год – на эстонском острове Сааремаа произошел любопытный случай. 9-ти летний Михкель Мятлик гулял с приятелями по берегу озера Каали. Неожиданно перед ними появилось загадочное существо – небольшой серый шарик «диаметром не больше пяди», который беззвучно катился по дорожке. Мальчишки хотели поймать его, но, заставив побегать за собой, «колобок» скрылся в придорожных кустах. Поиски ни к чему не привели.
Очевидцем необычного явления стал известный русский писатель Максим Горький. Отдыхая на Кавказе с А.П.Чеховым и В.М.Веденеевым, он наблюдал, как «шар ударился в гору, оторвал огромную скалу и разорвался со страшным треском».
В газете «Комсомольская правда» от 5 июля 1965 г. была напечатана заметка «Огненный гость». В ней было описание поведения шаровой молнии диаметром 30 см, наблюдавшейся в Армении: «Покружившись по комнате, огненный шар проник через открытую дверь на кухню, а потом вылетел в окно. Шаровая молния ударилась во дворе о землю и взорвалась. К счастью, никто не пострадал».
О загадочных свойствах шаровых молний можно судить также по случаю с орловским художником В.Ломакиным. 1967 год, 6 июля – работая в своей мастерской, в 13.30 он увидал, как прямо из стены с шорохом, напоминающим шелест книжных листов, очень медленно выползает существо покрытое шерстью, с двумя темно-коричневыми глазами. Длина его тела была около 20 см, по бокам наблюдалось некое подобие крыльев.
Пролетев от стены чуть больше метра, существо ударилось о линейку, с которой художник работал, и исчезло. На полу В.Ломакин увидал шарик, похожий на клубок шпагата. Удивленный художник нагнулся, чтобы поднять его и выбросить, но обнаружил только густое облачко серого цвета. Через секунду оно растворилось.
1977 год, 20 ноября – около 19.30 по шоссе неподалеку от Паланги проезжал на своей «Волге» инженер А.Башкис с пассажирами. Они увидали, как шар неправильной формы размером около 20 см, медленно проплывая, пересекал шоссе. Сверху «колобок» был черным, а по краям – красно-коричневый. Автомобиль проехал над ним, а «существо» развернулось в другую сторону и продолжило свой путь.
1981 год – полковник в отставке А.Богданов увидел над Чистопрудным бульваром шаровую молнию. Темно-коричневый шар диаметром 25–30 см внезапно раскалился и взорвался, ошеломив многочисленных прохожих.
В подмосковном городе Мытищи в марте 1990 г. две студентки, возвращаясь в общежитие, столкнулись с таинственным темно-багровым шариком. Он медленно плыл по воздуху в полуметре от земли. Придя в общежитие, они увидели такой же шарик на подоконнике. Перепугавшись, девушки залезли с головой под одеяла, шар в это время стал уменьшился в размерах и поменял цвет. Когда они рискнули выглянуть, ничего уже не было.
1993 год, 9 октября – «Молодежная газета Карелии» также выпустила статью о таинственном шаре. Михаил Волошин проживал в Петрозаводске в частном доме. С некоторых пор тут начал появляться небольшой шарик диаметром от 7 до 10 см, двигался он абсолютно бесшумно и произвольно изменял направление. Исчезал всегда внезапно, под утро.
В этом же году любопытный случай произошел с жителем Уссурийска М.Баренцевым. На Шлотовском плато у скалы он увидел небольшие сгустки тумана шарообразной формы, катившиеся по земле. Один из них вдруг начал расти, из него появились когтистые лапы и пасть с оскаленными зубами. Острая головная боль пронзила М.Баренцева, а шар принял первоначальный размер и скрылся.
Летом того же года с шаровой молнией довелось столкнуться инженерам из Санкт-Петербурга. Муж с женой отдыхали в палатке на берегу р. Вуоксы. Приближалась гроза, и супруги решили занести в палатку некоторые вещи. И тут посреди деревьев они заметили летящий шар, за которым тянулся густой туманный шлейф. Объект двинулся к реке параллельно берегу. Потом выяснилось, что у них вышел из строя транзисторный приемник, а у мужа поломались электронные часы.
В западных источниках информации имеются более ранние свидетельства этого таинственного явления. Во время грозы 14–15 апреля 1718 г. во французском Куэньоне были замечены три огненных шара диаметром больше одного метра. В 1720 году во время грозы странный шар упал на землю в небольшом французском городке. Отскочив, он ударился о каменную башню и разрушил ее. В 1845 году в Париже на улице Сен-Жак шаровая молния через камин проникла в комнату одного рабочего. Серый комок произвольно двигался по помещению, после поднявшись вверх по дымоходу взорвался.
В газете «Дейли мейл» (Англия) от 5 ноября 1936 г. была опубликована заметка о шаровой молнии. Свидетель сообщал, что видел раскаленный шар, спустившийся с неба. Он ударил в дом, повредив телефонные провода. Загорелась деревянная оконная рама, а «шарик» исчез в бочке с водой, которая после этого начала кипеть.
Несколько неприятных минут пережил экипаж грузового самолета КС-97 ВВС США. 1960 год – на высоте почти 6 км на борту появился незваный гость. Светящийся круглый объект размером около метра проник в кабину самолета. Он полетал между членами экипажа и так же внезапно исчез.
Трагические встречи с шаровой молнией
Однако далеко не всегда встреча с шаровой молнией проходит для человека без последствий.
Помощник Ломоносова, русский ученый Г. В.Рихман погиб в 1752 г., пораженный в голову шаровой молнией, появившейся из разорванного проводника от молниеотвода.
Трагический случай произошел в Тукумари, штат Нью-Мексико, в 1953 г. Шаровая молния залетела в большой резервуар с водой и там взорвалась. В результате чего, были разрушены несколько домов, а четверо людей погибло.
1977 год, 7 июля – два больших светящихся шара опустились на территорию открытого кинотеатра в провинции Фудзян (Китай). Погибло двое подростков, а в возникшей панике пострадало еще около 200 человек.
Нападению шаровой молнии подверглась группа советских альпинистов высоко в горах Кавказа. 1978 год, 17 августа – ярко-желтый светящийся шар влетел к спящим спортсменам в палатку. Двигаясь по лагерю, он прожигал спальные мешки и атаковал людей. Раны оказали намного серьезней простых ожогов. Один альпинист погиб, остальные получили тяжелые увечья. Результаты обследования спортсменов поставили в тупик медиков. Мышечная ткань пострадавших была обожжена до самых костей, словно тут поработал сварочный аппарат.
1980 год – в Куала-Лумпуре (Малайзия) появление светящегося шара также привело к трагедии. Несколько домов сгорели, шар преследовал людей поджигая на них одежду.
В «Литературной газете» за 21 декабря 1983 г. описывается взрыв шаровой молнии. В горной долине работали местные жители. В небе появилась огромная туча, словно светящаяся изнутри. Хлынул дождь, и люди бросились к тутовому дереву, чтобы укрыться. Но там уже была шаровая молния. Она буквально раскидала людей в разные стороны, многие потеряли сознание. В итоге три человека погибло.
Что же это такое шаровая молния?
Список трагических последствий от встреч с шаровой молнией можно продолжать, но лучше попробуем разобраться – что это за явление шаровая молния? Ученые подсчитали, что каждый день на Земле бушует около 44 000 гроз, каждую секунду в землю вонзается до 100 молний. Но это, как правило, обычные линейные молнии, механизм которых хорошо изучен специалистами. Обычные молнии – это разновидность электрического разряда, который образуется под воздействием высокого напряжения между разными частями облака или между облаком и землей. Быстрый нагрев ионизованного газа приводит к его расширению – это звуковая волна, то есть гром.
Но дать однозначное объяснение, что такое шаровая молния, еще никто не смог. По мнению исследователей, потребуются усилия специалистов в разных областях науки, начиная от квантовой физики и заканчивая неорганической химией. В то же время есть четкие признаки, по которым шаровую молнию возможно отделить от других природных явлений. Описание разных теоретических моделей шаровой молнии, лабораторные исследования, тысячи фотографий дают возможность ученым определить многие параметры и характерные свойства такого явления.
1. Во-первых, почему их назвали шаровыми? В подавляющем большинстве своем очевидцы говорят, что видели шар. Однако, встречаются и другие формы – гриб, груша, капля, тор, линза или просто бесформенные туманообразные сгустки.
2. Цветовая гамма весьма разнообразная – молния может быть желтой, оранжевой, красной, белой, голубоватой, зеленой, от серого до черного. Кстати, существует много документальных подтверждений, что она может быть неоднородного цвета или способна его изменять.
3. Наиболее типичный размер шаровых молний от 10 до 20 см. Реже встречаются размеры от 3 до 10 см и от 20 до 35 см.
4. На счет температуры мнения специалистов расходятся. Чаще всего упоминается 100-1000 градусов Цельсия. Молния может проплавить стекло, пролетая через окно.
5. Плотность энергии – это величина энергии, приходящаяся на единицу объема. У шаровых молний она рекордная. Те катастрофические последствия, которые мы порой наблюдаем, не дают возможности в этом усомниться.
6. Интенсивность и время свечения колеблются от нескольких секунд до нескольких минут. Шаровые молнии могут светить, как обычная лампочка в 100 Вт, но порой она может ослепить.
7. Распространено мнение о том, что шаровая молния плывет, медленно вращаясь, со скоростью 2-10 м/сек. Догнать бегущего человека для нее не составит труда.
8. Свои визиты молния как правило заканчивает взрывом, порой распадается на несколько частей или попросту угасает.
9. Сложнее всего объяснить поведение шаровых молний. Ее не останавливают препятствия, она любит проникать в дома через окна, форточки и другие отверстия. Существуют свидетельства ее прохождения сквозь стены домов, деревья и камни.
Замечено, что она неравнодушна к розеткам, выключателям, контактам. Попадая в воду, шаровая молния может быстро довести ее до кипения. Причем шары прожигают и расплавляют все, что может повстречаться на их пути. Но бывали и вовсе удивительные случаи, когда молния сжигала белье, оставляя верхнюю одежду. Она сбривала с человека все волосы, вырывала из рук металлические предметы. Сам человек при этом отбрасывался на большие расстояния.
Был случай когда шаровая молния сплавила в общий слиток все монеты, находившиеся в кошельке, не повредив бумажных денег. Являясь интенсивным источником электромагнитного сверхвысокочастотного излучения, она способна выводить из строя телефоны, телевизоры, радиоприемники и другие приборы, где есть катушки и трансформаторы. Порой проделывает уникальные «штучки» – при встрече с шаровой молнией у людей с пальцев исчезали кольца. Низкочастотные излучения плохо воздействуют на психику человека, появляются галлюцинации, головная боль, чувство страха. О трагических встречах с шаровой молнией мы говорили выше.
Возникновение шаровых молний
Рассмотрим наиболее характерные гипотезы возникновения этого таинственного явления природы. Правда, следует сразу оговорится, что камнем преткновения является отсутствие надежной методики воспроизводимого получения шаровой молнии в контролируемых лабораторных условиях. Эксперименты однозначных результатов не дают. Исследователи, изучая это «нечто», не могут утверждать, что они изучают саму шаровую молнию.
Наиболее распространенными были химические модели, теперь им на смену пришли «плазменные теории», по которым энергия тектонических напряжений земных недр может высвобождаться не только посредством землетрясений, но и в виде электрических разрядов, электромагнитного излучения, линейных и шаровых молний, а также плазмоидов – сгустков концентрированной энергии. Немецкий физик А.Мейснер является приверженцем теории, согласно которой шаровая молния – это клубок горячей плазмы, бешено вращающийся за счет некоего начального импульса, данного сгустку линейной молнией.
Знаменитый советский электротехник Г.Бабат во время Великой Отечественной войны проводил эксперименты над высокочастотными токами и неожиданно для себя воспроизвел шаровую молнию. Так появилась еще одна гипотеза. Суть ее состоит в том, что центростремительным силам, стремящимся разорвать огненный шар на куски, противостоят появляющиеся на большой скорости вращения силы притяжения между расслоившимися зарядами. Но и эта гипотеза не способна объяснить длительность существования шаровой молнии и ее грандиозной энергии.
Не остался в стороне от этой проблемы и академик П.Капица. Он считает что, шаровая молния – это объемный колебательный контур. Молния улавливает радиоволны, которые возникают при грозовых разрядах, то есть получает энергию со стороны.
Сторонником химической модели шаровой молнии являлся еще Франсуа Араго. Он полагал, что при разряде обычной линейной молнии появляются горящие клубки газа или каких-то гремучих смесей.
Известный советский физик-теоретик Я.Френкель считал, что шаровая молния – это образование, вызванное созданием при ударе обычной молнии газообразных химически активных веществ. Они горят в присутствии катализаторов в виде частичек дыма и пыли. Но науке не известны вещества с такой колоссальной теплотворной способностью.
Сотрудник НИИ механики Московского государственного университета Б.Парфенов считает, что шаровая молния – это тороидальная токовая оболочка и кольцевое магнитное поле. Когда они взаимодействуют, из внутренней полости шара выкачивается воздух. Если электромагнитные усилия стремятся разорвать шар, то давление воздуха, напротив, пытается смять его. Если эти силы уравновешены, то шаровая молния приобретет стабильность.
От чисто научных гипотез, которые таковыми и остаются, перейдем к более доступным, а иногда и наивным версиям.
Сторонником довольно оригинального предположения о возникновении шаровых молний является исследователь аномальных явлений Винсент X.Гаддис. Он полагает что, на Земле давно параллельно с белковой формой жизни существует еще одна. Природа этой жизни (назовем ее элементали) сходна с природой шаровых молний. Огненные элементали являются существами инопланетного происхождения, а их поведение говорит об определенном интеллекте. При желании они могут принимать самые различные формы.
Физикохимик из Мэриленда Дэвид Тернер посвятил изучению шаровых молний несколько лет. Он предположил, что такие сверхъестественные явления, как и , связаны с шаровыми молниями. В основе этих загадок лежат схожие электрические и химические процессы. Но в лабораторных условиях подтвердить это предположение пока не смогли.
Давно предпринимаются попытки связать феномен НЛО с шаровыми молниями. Однако все они оказались несостоятельными – слишком уж различны размеры, продолжительность существования, формы и энергонасыщенность этих двух явлений.
Встречаются сторонники еще более оригинальных версий происхождения шаровых молний. По их мнению, они – всего лишь… оптическая иллюзия. Суть ее состоит в том, что при сильной вспышке линейной молнии за счет фотохимических процессов на сетчатке человеческого глаза остается отпечаток в виде пятна. Видение может длиться на протяжении 2-10 секунд. Несостоятельность этой гипотезы опровергают сотни настоящих фотографий шаровой молнии.
Нами были рассмотрены только некоторые гипотезы и теории, касающиеся такого таинственного явления, как шаровая молния. Их можно принимать или не принимать, соглашаться с ними или отвергать их, но ни одна из них еще не смогла полностью объяснить загадку странных «колобков», а значит, и подсказать человеку, как ему надо вести себя при встрече с этим природным феноменом.
Плазменно-пучковая модель объясняет образование шаровой молнии из электронного пучка линейной молнии. Электронный пучок, запертый в области пониженного давления, ионизирует окружающий его воздух, создавая плазменный шар. Причем, плазма поддерживается энергией запертого в ней электронного пучка и поэтому может существовать относительно долгое время. Физическая модель объясняет образование, свойства и распад шаровой молнии.
Введение.
Линейная молния и электронный пучок.
Образование шаровой молнии.
Строение шаровой молнии.
Распад шаровой молнии.
Свойства шаровой молнии.
Химический состав. Излучение и спектр шаровой молнии. Температура шаровой молнии. Звуковые эффекты, сопровождающие шаровую молнию. Распределение электрического заряда в шаровой молнии.
Заключение.
Реферат
Каждый из нас неоднократно видел обычную молнию. Это так называемая линейная молния, но очень-очень мало людей ставших свидетелями появления другой более загадочной – шаровой молнии.
В чем же загадка этой молнии, очевидно в том, что это очень редкое явление природы. Примерно, на тысячу обычных, линейных молний приходится всего 2...3 шаровых.
Хотя многие, к сожалению или к счастью, не сталкивались с шаровой молнией, на сегодняшний день существует более сотни различных теорий пытающихся объяснить её природу. Но древний как мир вопрос: «что такое шаровая молния?» до сих пор остается открытым.
В большинстве случаев появление шаровой молнии связано с обычной грозой, а точнее с линейной молнией. Вот некоторые примеры свидетельств, описанных в книге словацкого автора А. Главача «Молния и человек» (издание на русском языке: Главная редакция научно-технической литературы, г. Алма-Ата, Казахстан, 1989 г.):
– А. Старостин из Москвы: «Несколько лет тому назад я вместе с семьей проводил отпуск в Михневе, под Москвой. Вечером, во время грозы, я вышел на лестницу, ведущую в дом с улицы. Вдруг случилось нечто, о чем я нескоро забуду. Сверкнула молния, которая у земли, примерно в 15 м от меня, остановилась и превратилась в двухметровый огненный шар. Он выглядел как маленькое солнце, в середине был ослепительно белый. По краям вихрились огненные протуберанцы. Какое-то время шар крутился на месте, затем внезапно исчез. Меня ослепило, глаза слезились три дня. Потом все прошло!».
– Это случилось в апреле 1976 года. Преподаватель вуза профессор А.С. Тимощук видел, как с расстояния 20...30 м молния ударила в линию электропередачи. Одновременно на опоре электропередачи появилась желто-зеленая вспышка, и возник шар диаметром около 15 см, который, увеличивая постепенно скорость, начал катиться. Из желто-зеленого он сделался красным. Достигнув ближайшей точки электропровода, перепрыгнул на нижний провод, оттуда – на ветку дерева, стоявшего под ним. Упав на землю, он поскакал по автостраде, распался на несколько частей и погас.
– Инженер-строитель Н.Д. Трусаев из Севастополя вспоминает случившееся с ним в один из майских дней 1938 года. После вспышки молнии он увидел, как по вспаханному полю покатились цветные шарики. Спустя 3...5 секунд они слились, образовав огненный шар диаметром 50...70 см. Он оторвался от пашни, поднялся на высоту примерно 2 м и начал двигаться. Несколько раз сменив направление движения, шар налетел на стог соломы и поджег его.
– В 1943 году метеоролог Н.В. Мартынов также видел, как сразу после линейной молнии из телефонного аппарата выскочила шаровая молния диаметром 10 см. Огненный шар покатился по полу и взорвался с сильным шумом. Никто из присутствовавших не пострадал.
– 9 декабря 1956 года в Майкопе неожиданно разразилась сильная гроза. Из облаков вылетела искра и оставила за собой три шаровые молнии. Одна из них по отводу радиоантенны проникла в дом, сожгла электропроводку, разбила счетчик и со взрывом разделилась на два огненных шара. Взрыв приподнял потолок, и стены развалились. Один шар пробил стену и вылетел во двор. Там он обжег коню хвост и подкатился под стог сена, который сразу же вспыхнул, другой – перебил в доме перекладину. Вторая и третья шаровые молнии проникли в соседние дома, не вызвав в них пожара.
Таким образом, можно сделать вывод, что именно линейная молния, в большинстве случаев порождает молнию шаровую. О том, как это может происходить, возможно, даст ответ эта статья.
Остановимся на вопросе распространения линейной молнии в атмосфере. Изучение линейной молнии позволило ученым установить механизм её распространения, который включает в себя два главных этапа:
1) лидер – головной разряд представляет собой последовательность разрядов, порядка 50 метров длиной, определяющий траекторию линейной молнии. Заряд лидера до 5 Кл.
2) основной разряд – по каналу проложенному лидером от облака к земле (или между облаками) устремляется основной заряд (в среднем 25 Кл) молнии со скоростью 10 7 ...10 8 м/с, при этом температура в канале молнии (диаметром от 2 до 30 см) почти мгновенно достигает нескольких десятков тысяч градусов, что вызываем быстрое расширение газа, образуя ударные волны которые мы слышим как гром.
Уже на этапе лидера в канале линейной молнии формируется узкий поток электронов движущихся со скоростью порядка 10 5 ...10 6 м/с – электронный пучок.
Электронный пучок, распространяющийся в газовой среде это связанное электрическими и магнитными взаимодействиями направленное движение электронов обладающих коллективными свойствами, которые при движении пучка в ионизированном воздухе еще больше усиливаются. Расчеты показывают, (см. полную версию статьи: PDF , DOC) что вызываемые в газовой среде ионизационные каскады, проходящим через неё электронным пучком, образуют потоки вторичных, третичных и т.д. образованных при ионизации электронов скорость которых, примерно на порядок превышает скорость самого пучка! Эти потоки вторичных электронов, устремляясь во все стороны от головного заряда лидера, ионизируют окружающий воздух они, как бы «прощупывают» наиболее выгодное распространение электронного пучка в среде. Расчеты показывают, что наиболее энергетически выгодным направлением пучка в газовой среде, следует считать те области, где концентрация частиц газа наименьшая. Проше говоря, чем меньше плотность газа, тем легче его «пробить» электрическим разрядом. Отсюда вывод, что линейная молния выбирает такие области воздуха, где концентрация частиц минимальна (конечно, если считать электрическое поле и химический состав воздуха однородным по всему объёму). А в воздухе всегда имеется незначительная неравномерность в концентрации из-за перепадов в давлении, температуре, турбулентности и т.д.
А теперь представим ситуацию, при которой электронный пучок линейной молнии, по каким-либо причинам будет заперт в определенной области пространства с низкой концентрацией частиц окруженную со всех сторон плотной средой. Одной из таких причин, может стать объёмный взрыв газа, инициированный разогревом и ионизацией газовой среды быстрым потоком электронов. В результате взрыва образуется фронт ударной волны, расширяющийся со скоростью, в среднем, 1000 м/с, причем концентрация частиц в нем увеличивается в 8 раз по сравнению с концентрацией окружающего воздуха. В то же самое время, в центре взрыва образуется зона низкой концентрации частиц газа, в которую вполне может попасть электронный пучок линейной молнии. Электронный пучок, наталкиваясь на плотный фронт ударной волны, отражается обратно в зону низкой концентрации, так как это наиболее энергетически выгодное направление, т.о. пучок в поисках выхода многократно рассеивается обратно в зону низкой концентрации частиц газа. Так как скорость электронного пучка намного выше скорости расширения фронта ударной волны, то в минимальный момент времени он ионизирует окружающий его газ в фронте ударной волны и в зоне низкой концентрации, превращая их в плазму – плазменный шар. Таков возможный сценарий рождения шаровой молнии.
Плазменно-пучковая модель шаровой молнии состоит из двух зон:
- Центральная часть – зона низкой концентрации ионов, в которой с большой скоростью беспорядочно движется электронный пучок.
- Внешняя плазменная сфера с высокой концентрацией положительных ионов, которая больше или равна концентрации молекул окружающего воздуха.
Похожую идею запирания выдвигал в свое время академик, лауреат Нобелевской премии П.Л. Капица, но он рассматривал запирание электромагнитной волны определенной частоты в плазме. Но, т.к. энергии запертой электромагнитной волны недостаточно для поддержания плазмы, предполагалось их закачка из вне (например, от разрядов обычной линейной молнии), однако выяснилось, что такие электромагнитные волны нужной интенсивности в природе не генерируются. Электронный пучок в отличие от электромагнитной волны среда более энергичная, ускоренный мощным электрическим полем, энергия пучка может составить значительную величину, которой вполне может хватить на поддержание плазмы в течение относительно продолжительного времени. Компьютерные расчеты данной плазменно-пучковой модели шаровой молнии дают среднее время «жизни» (наиболее часто встречающейся шаровой молнии в природе с диаметром 10...15 см) несколько минут.
Первые письменные упоминания о загадочных и таинственных огненных шарах можно найти в летописях 106 г. до н. э.: «Над Римом появились огромные огненные птицы, несущие в клювах раскалённые угли, которые, падая вниз, сжигали дома. Город полыхал…» Также было обнаружено не одно описание о шаровых молниях в Португалии и во Франции в Средние века, явление которых побудило алхимиков проводить время в поисках возможности властвовать над духами огня.
Шаровая молния считается особым видом молнии, который представляет собой плывущий по воздуху светящийся огненный шар (иногда имеет вид гриба, капли или груши). Размер её обычно колеблется от 10 до 20 см, а сама она бывает голубого, оранжевого или белого тонов (хотя нередко можно увидеть и другие цвета, вплоть до чёрного), цвет при этом бывает неоднородным и нередко изменяется. Люди, которые видели, как выглядит шаровая молния, говорят о том, что внутри она состоит из небольших неподвижных деталей.
Что касается температуры плазменного шара, то она до сих пор не определена: хотя по подсчётам учёных она должна составлять от 100 до 1000 градусов Цельсия, очутившиеся поблизости огненного шара люди жара от него не почувствовали. Если он неожиданно взрывается (правда, это бывает далеко не всегда), вся находящаяся неподалёку жидкость испаряется, а стекло и металл плавятся.
Был зафиксирован случай, когда плазменный шар, оказавшись в доме, попал в бочонок, где находилось шестнадцать литров только что принесённой колодезной воды. При этом он не взорвался, а вскипятив воду, исчез. После того как вода закончила кипеть, она была горячей в течение двадцати минут.
Существовать огненный шар способен довольно длительное время, а при перемещении – неожиданно поменять направление, при этом он даже может на несколько минут повиснуть в воздухе, после чего резко, на скорости от 8 до 10 м/с уйти в сторону.
Возникает шаровая молния в основном во время грозы, но также были зафиксированы неоднократные случаи её появления и в солнечную погоду. Появляется она обычно в единственном экземпляре (по крайней мере, современная наука другого не зафиксировала), и нередко самым неожиданным образом: она может спуститься с туч, появиться в воздухе или выплыть из-за столба или дереве. Для неё не составляет труда проникнуть в закрытое пространство: известны случаи её появления из розеток, телевизора и даже в кабинах пилотов.
Было зафиксировано немало случаев постоянного возникновения шаровой молнии на одном и том же месте. Так, в небольшом городке под Псковом существует Чёртова поляна, на которой из-под земли периодически выскакивает шаровая молния черного цвета (появляться здесь она стала после падения Тунгусского метеорита). Её постоянное возникновение в одном и том же месте дало возможность учёным попытаться зафиксировать это появление при помощи датчиков, правда, безуспешно: все они были расплавлены во время передвижения шаровой молнии по поляне.
Тайны шаровых молний
Учёные долгое время не допускали даже существования такого явления, как шаровая молния: сведения о её появлении относили в основном или к оптическому обману, или к галлюцинациям, что поражают сетчатку глаза после вспышки обыкновенной молнии. Тем более что свидетельства о том, как выглядит шаровая молния, во многом не совпадали, а во время её воспроизведения в лабораторных условиях удавалось получить лишь кратковременные явления.
Всё изменилось после того, как вначале XIX ст. физик Франсуа Араго опубликовал отчёт, с собранными и систематизированными свидетельствами очевидцев о явлении шаровой молнии. Хотя эти данные и сумели убедить многих учёных в существовании этого удивительного явления, скептики всё же остались. Тем более загадки шаровой молнии со временем не уменьшаются, а лишь множатся.
Прежде всего, непонятна природа появления удивительного шара, поскольку появляется он не только в грозу, но и в ясный погожий день.
Непонятен и состав вещества, которое позволяет ему проникать не только через дверные и оконные проёмы, но и через малюсенькие щели, после чего вновь принимать без ущерба для себя изначальную форму (физики этого явления разгадать на данный момент не в состоянии).
Некоторые учёные, изучая явление, выдвигали предположение, что в действительности шаровая молния являет собой газ, но в таком случае плазмовый шар под воздействием внутреннего тепла должен был бы взлетать вверх наподобие воздушного шара.
Да и природа самого излучения непонятна: откуда оно исходит – лишь с поверхности молнии, или со всего её объёма. Также перед физиками не может не возникать вопрос о том, куда пропадает энергия, что находится внутри шаровой молнии: если бы она шла лишь на излучение, шар исчезал бы не через несколько минут, а светился бы пару часов.
Несмотря на огромное количество теорий, физики до сих пор не могут дать научно обоснованного объяснения этого явления. Но, существует две противоположные версии, получившие популярность в научных кругах.
Гипотеза №1
Доминик Араго не только систематизировал данные о плазменном шаре, но и попытался объяснить, в чём состоит загадка шаровой молнии. По его версии шаровая молния — это специфическое взаимодействие азота с кислорода, во время которого выделяется энергия, создающая молнию.
Другой физик Френкель дополнил эту версию теорией о том, что плазмовый шар является вихрем шарообразной формы, состоящий из пылевых частиц с активными газами, что стали таковыми из-за полученного электрического разряда. По этой причине вихрь-шар вполне может существовать довольно продолжительное время. В пользу его версии говорит тот факт, что плазмовый шар обычно возникает в запыленном воздухе после электрического разряда, а после себя оставляет небольшой дымок со специфическим запахом.
Таким образом, эта версия говорит о том, что вся энергия плазменного шара находится внутри него, из-за чего шаровую молнию можно считать накопителем энергии.
Гипотеза №2
Академик Петр Капица с этим мнением был не согласен, поскольку утверждал, что для беспрерывного свечения молнии нужна дополнительная энергия, которая подпитывала бы шар извне. Он выдвинул версию, что явление шаровой молнии подпитывают радиоволны длиной от 35 до 70 см, возникающие в результате электромагнитных колебаний, возникающих между грозовыми тучами и земной корой.
Взрыв шаровой молнии он объяснял неожиданной остановкой подачи энергии, например, изменение частоты электромагнитных колебаний, в результате чего разреженный воздух «схлопывается».
Хотя его версия многим пришлась по душе, природа шаровой молнии версии не соответствует. На данный момент современная аппаратура ни разу не зафиксировала радиоволны нужной волны, которые появлялись бы в результате атмосферных разрядов. Кроме того, вода является почти непреодолимым препятствием для радиоволн, а потому нагреть воду, как в случае с бочонком, а тем более вскипятить её, плазменный шар не смог бы.
Также ставит гипотезу под сомнение масштаб взрыва плазменного шара: он не только способен расплавить или разнести в куски прочные и крепкие предметы, но и переломать толстые брёвна, а его ударная волна – перевернуть трактор. В то же время обыкновенное «схлопывание» разреженного воздуха проделать все эти трюки не способно, а его эффект подобен лопнувшему воздушному шару.
Что делать, встретив шаровую молнию
Что бы ни было причиной возникновения удивительного плазменного шара, нужно учитывать, что столкновение с ней чрезвычайно опасно, поскольку если переполненный электричеством шар дотронется до живого существа, вполне может убить, а если взорвётся – разнести всё вокруг.
Увидев огненный шар дома или на улице, главное, не впадать в панику, не делать резких движений и не бежать: шаровая молния чрезвычайно чувствительна к любым завихрениям воздуха и вполне может последовать за ним.
Нужно неторопливо, спокойно свернуть с пути движения шара, пытаясь держаться как можно дальше от него, но ни в коем случае не поворачиваться спиной. Если шаровая молния оказалась в помещении, нужно подойти к окну и открыть форточку: вслед за движением воздуха молния, скорее всего, вылетит наружу.
Также категорически нельзя ничего бросать в плазменный шар: это вполне может привести ко взрыву, и тогда травмы, ожоги, а в некоторых случаях даже остановка сердца неотвратимы. Если так получилось, что человек не сумел уйти с траектории движения шара, и тот задел его, вызвав потерю сознания, потерпевшего нужно перенести в проветриваемую комнату, тепло закутать, сделать искусственное дыхание и, естественно, сразу же позвонить в скорую помощь.
Шаровая молния - это светящийся сферический сгусток электрического тока. Даже если она существует, а некоторые ученые в этом сомневаются, то встречается очень редко. Однако о проделках шаровых молний известно немало удивительных историй. Например, в 1936 году в английских газетах рассказывалось о шаровой молнии, которая сначала перерезала телефонные провода около одного дома, потом влетела в открытое окно и плюхнулась в бочонок с водой, стоявший у окна. Очевидцы утверждают, что вода в бочонке начала кипеть.
Появления шаровой молнии
Редкие появления шаровой молнии, кажется, случаются после удара обычной молнии. Размеры этих светящихся шаров колеблются между размерами сливы и футбольного мяча. Шаровые молнии бывают красного, оранжевого, желтого или ослепительно белого цвета. Когда шар приближается, слышно угрожающее шипение и жужжание.
Материалы по теме:
Почему молнии разного цвета?
Типы шаровых молний
На основании рассказов очевидцев выделяют два типа шаровых молний. Первый - это молния красного цвета, спускающаяся с облака. Когда такой небесный гостинец коснется какого – нибудь предмета на земле, например дерева, он взрывается.
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.
Трудности изучения шаровой молнии
Ученые мало знают о шаровых молниях , потому что их очень трудно изучать. Во – первых, надо угадать, где молния появится, а это практически невозможно. Затем надо заснять на фотопленку или на видеокассету светящийся шар, а это весьма сложно, потому что не успеете вы нажать на кнопку видеокамеры, как светящееся явление уже исчезнет.
