Сочинение загадка шаровой молнии

Скачать решение

В школах на уроках по окружающему миру в 3 классе, в курсе физики 7 класса и ОБЖ в 8 классе затрагивают тему атмосферного электричества. К этому разделу физики относятся исследования таких явлений как молнии, «огни святого Эльма», зарницы и др. Доклад на тему «Шаровая молния» включает в себя характеристику, историю исследования и факты об этом явлении в природе.

Общая информация

Шаровая молния — редкое и довольно таинственное природное явление. Его можно описать как сферу или шар, летящий в пространстве, электрический сгусток. Чаще всего имеет форму шара, но также были зафиксированы грибовидные, грушевидные, цилиндровидные, кольцевидные, конусообразные и каплевидные образцы. Имеет желтый, голубой, белый, чёрный цвета.

Определение и внешний вид явления

Этот предмет имеет необычные характеристики. Физические свойства следующие:

• По составу она является плазменным образованием
• Точная температура не определена, но известно, что она колеблется от 100 до 1000 градусов по шкале Цельсия
• Шар обладает высокой маневренностью (способностью быстро менять направление движения)
• Скорость движения такой молнии может быть от нескольких сантиметров, до десятков метров в секунду, также может резко ускоряться до десяти метров в секунду практически мгновенно
• Может освещать местность радиусом в пять километров.
• Были случаи, когда молния попадала в резервуар с водой и нагрела до кипения 18 литров воды, после чего вода оставалась горячей ещё двадцать минут.
• Двигаться может как по ветру, так и против ветра.
• Некоторые виды шаровых молний, например, искусственные, могут светить ярче солнца
• Молнии различаются размером: от совсем маленьких (от 5 см) до чудовищных пятиметровых гигантов
• Шар, наполненный электричеством, может создавать радиопомехи из-за своего магнитного поля.

Возникновение электрического разряда

В реферате об этом явлении следует честно подчеркнуть, что о причине его образования известно очень мало. Оно может образоваться в любом месте и при любой погоде, как при солнечной, так и во время грозы. Она может спуститься с туч или вообще возникнуть на ровном месте.

В нескольких местах нашей планеты зафиксированы случаи периодического возникновения шаровой молнии. Например, подтвердились рассказы свидетелей о том, что в Псковской области находится поляна, на которой прямо из-под почвы время от времени выскакивает черный вид данного электрического разряда. Следить за ней с помощью датчиков не получается, потому что приборы не могут выдержать такой высокой температуры и плавятся. Пока известны только единичные появления такой молнии в одном месте и в одно и то же время.

Поведение электрических шаров

Закономерности движения шаровой молнии пока непредсказуемы, траектория полёта также необъяснима. В некоторых случаях шары, наполненные энергией, быстро передвигаются и при столкновении с предметами (деревьями, постройками, поверхностью земного шара) взрываются, но существуют и медленно летящие электрические шары, как бы парящие над землей, они облетают препятствия и не взрываются от лёгкого контакта.

Особенности молний заключаются также в том, что некоторые экземпляры появляются в закрытом помещении. Это происходит из-за того, что они притягиваются к линиям электропередач и электрическим проводникам, а по проводке проникают в помещение, буквально возникая из розетки или из какого-либо электроприбора.

Были даже случаи возникновения шара в кабине пилота. Также меняя свою форму, нежданный гость может проникать через небольшие отверстия.

Шаровая молния в исторических событиях

Первые упоминания об этом удивительном явлении можно найти в древнейших летописях до нашей эры. Нередки описания странных шаров, которые, приземляясь на землю, причиняют разрушение и пожары.

21 октября 1638 года в церкви в английском графстве Девон был засвидетельствовано появление следующего явления. По словам очевидцев, в церковь каким-то образом попал огромный шар (около двух с половиной метров в диаметре). Причинив довольно большой ущерб зданию, шар разделился на два тела, одно вылетело наружу, разбив окно, другое исчезло. Всё это сопровождалось грохотом и чёрным дымом, также люди чувствовали запах серы. Явление посчитали наказанием Божьим за то, что во время служения прихожане вели себя неподобающе. Погибло четыре человека, а шестьдесят получили ранения.

Случай с разрядом довольно больших размеров произошел на борту судна «Монтаг» в 1749 году. Капитан корабля заметил шар синего или огненного цвета на расстоянии трёх миль. Молния приближалась быстро, и догнала корабль. Шар взорвался над судном, полностью уничтожив грот-мачту, пять человек получили серьезные ранения.

1753 году Георг Рихман — член академии наук в Санкт-Петербурге, напарник Михаила Ломоносова. Во время опытов над атмосферным электричеством (атмосферное электричество — совокупность всех электрических явлений в атмосфере, также раздел науки, который изучает данное явление), которые он производил на приборе собственного изобретения во время грозы, из прибора вылетел шар небольшого размера и ударил ученого прямо в лоб. Во время контакта с Рихманом шар взорвался, гравер, иллюстрирующий явление, был сбит с ног и потерял сознание. Одежда исследователя была опалена, дверь выбило, окна были разбиты.

Многие очевидцы не внушают доверия серьезным исследователям, принимающих их рассказы за «бабские сплетни», однако случай, произошедший с группой советских альпинистов в 1978 году, убеждает любых скептиков.

Мастера спорта, воплощение здравого смысла и материалистического подхода к жизни, сообщали, что желтый светящийся шарик появился в их закрытой палатке и стал беспорядочно метаться во все стороны. Этот необъяснимый случай привел к гибели одного альпиниста и тяжелым ожогам остальных.

Исследования природного явления

Многие исследователи пытались проникнуть в тайны этого явления, и хотя многие относились к нему с насмешкой как к мистификации или оптической иллюзии, другие даже заплатили за это исследование своей жизнью! Вот список учёных, внесших наибольший вклад в изучение шаровых молний:

• Естествоиспытатель Франсуа Араго в 19 веке систематизировал все возможные свидетельства по поводу молнии этого типа. Удивительно, что к тому времени ему удалось зафиксировать лишь тридцать инцидентов, однако это лишь подтверждает уникальность явления
• В 18 веке Георг Рихман погиб во время эксперимента с атмосферным электричеством в Санкт-Петербурге. Предполагают даже, что Рихман занимался экспериментами по превращению линейной молнии в шаровую, и несчастный случай в лаборатории явился следствием этих опытов. Особый вес этому рассказу придает свидетельство самого М. Ломоносова, друга Рихмана.
• Н. Тесла,» повелитель молний», который в целях саморекламы в своих экспериментах часто создавал атмосферу тайны и необычности, конечно, не мог обойти стороной тему шаровых молний. Возможно, он был первым, кому удалось воспроизвести подобное явление в лабораторных условиях. Многие записи Теслы были уничтожены, до потомков дошло лишь короткое сообщение о том, что ученый наблюдал летающие электрические разряды в виде небольших шариков.
• Пётр Леонидович Капица — в конце 1940-х годов углубленно работал над объяснением того, как возникает шаровая молния. В своей нобелевской лекции он делился результатами исследований происхождения молнии. Капица и его коллеги сумели создать движущийся разряд овальной формы в гелиевой среде.

Опасность для населённых пунктов

В докладе о шаровой молнии обязательно надо отметить, какую угрозу она представляет здоровью и жизни людей. Особенно опасен взрыв шара — из-за большой температуры во время взрыва плавится даже металл. Также опасна непредсказуемость летящего шара — невозможно предугадать, в каком направлении он будет двигаться. Все это значит, что столкновение переполненного электричеством шара с живым существом вполне может быть смертельным для последнего.

Молния может проникнуть в помещение через открытое окно или дверь, но были случаи, когда молния проникало и сквозь закрытое окно. Огненный шар расплавлял стекло, оставляя после себя идеально круглое отверстие.

Что делать при непосредственном столкновении

Шаровая молния (доклад в 3 классе по окружающему миру) является малоизученным явлением, однако ее опасность не оставляет никаких сомнений. Есть немало сообщений о шаровой молнии, встреча с которыми имела трагические последствия для свидетелей этого впечатляющего явления. При столкновении с этим явлением необходимо не терять присутствие духа и совершить следующие действия:

• движения должны быть плавными и медленными, нельзя совершать резких, дерганых рывков руками, не следует прыгать или убегать
• Не рекомендуют поворачиваться к молнии спиной, но, держась к ней лицом, постараться уйти с ее траектории. Вся сложность, однако, состоит в том, что огненный шар может двигаться совершенно произвольно, и предугадать направление ее движения может быть невозможно
• если подобная ситуация случилась дома или в другом закрытом помещении, следует аккуратно и избегая стремительных движений открыть форточку или дверь.

Эксперты не советуют во избежание взрыва дотрагиваться до шара другими предметами, однако именно таким образом кондуктор троллейбуса в Казани в 2008 году спасла жизнь себе и двадцати пассажирам. Находчивая женщина отбросила молнию, залетевшую в транспорт, в часть троллейбуса, свободную от людей.

Предыдущая

Окружающий мирСообщение об Алтайскиом заповеднике — положение, описание флоры и фауны

Следующая

Окружающий мирСообщение о тукане — описание птицы, виды и характеристика

Шаровая молния — редкое природное явление, выглядящее как светящееся и плавающее в воздухе образование. Единой физической теории возникновения и протекания этого явления к настоящему времени не представлено, также существуют научные теории, которые сводят феномен к галлюцинациям.

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.

Этот удивительный шар

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.

Температура плазменного шара

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.

Возникновение шаровой молнии

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 кидать 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.

До сих пор никто в точности не может ответить на этот вопрос. Шаровая молния является одним из самых загадочных природных явлений. Первое упоминание о шаровой молнии приходит к нам из VI века: епископ Григорий Турский писал тогда о появлении огненного шара во время церемонии освящения часовни. С тех пор накоплены тысячи свидетельств очевидцев, но явление шаровой молнии по-прежнему остается необъяснимым.

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.

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.

На рисунке изображена в поперечном сечении шаровая молния, представляющая собою плазменный тороид, стянутый двумя собственными магнитными полями. В сечении тороид выглядит как два плосковыпуклых овала, обращенных плоскими сторонами к центральному отверстию. Продольное поле окрашено условно синим цветом, поперечное зеленым и изображены эти поля также условно одно поверх другого, в действительности же они взаимно пронизывают друг друга. Азотные и кислородные ионы, движущиеся по спиралям на периферии тороида, образуют замкнутую саму на себя овальную трубу большого диаметра. Внутри трубы по замкнутому кольцу движутся протоны и электроны по спиралям малого диаметра. При формировании тороида часть протонных спиралей сместились вверх, а часть электронных спиралей сместились вниз овальной трубы. Разделившиеся протоны и электроны образуют электрическое поле, иначе говоря, заряженный электрический конденсатор.

Наблюдатели сообщают, что иногда из ярко светящегося клубка, возникающего на нижнем конце разряда линейной молнии, выскакивают несколько шаровых молний. Наблюдают шаровые молнии, которые разделяются на несколько мелких молний. Наблюдались шаровые молнии, из которых даже при взрыве выскакивали молнии меньшего размера.
Думается, что предлагаемая идея может объяснить такие явления. При разряде линейной молнии в магнитное поле с холодной плазмой, охватывающей ее торец, влетают несколько пространственно разделенных порций горячей плазмы. Каждая отдельная порция горячих ионов и электронов образуют там с уже имеющимися ионными и электронными спиралями свою обособленную от других подогретую спиральную трубу, замкнутую в тороид. В результате внутри каждой подогретой тороидальной трубы в магнитном поле движутся по своим спиральным дорожкам электроны и протоны и те, что были там и те, что влетели в холодную плазму вместе с порцией горячей плазмы. Двигаясь в неоднородном магнитном поле внутри ионной трубы, протоны и электроны частично разделяются, образуя электрическое поле. Если образовавшиеся автономные тороиды не успели объединиться, сцепившись собственными поперечными магнитными полями, то они выталкиваются в атмосферу по отдельности, а если успели объединиться, то выталкивается одна большая шаровая молния в виде удлиненного овала.

Таким образом, шаровая молния может включать в себя несколько автономных молний. Автономные тороиды молний нанизаны на одну общую ось, проходящую через центральные отверстия тороидов. Каждый тороид охвачен локально собственным продольным магнитным полем, а собственные поперечные магнитные поля тороидов, складываясь, образуют одно общее поперечное магнитное поле, охватывающее все автономные тороиды и замыкающееся через общее центральное отверстие шаровой молнии. При возникновении неустойчивости объединенная молния может разделиться, иногда с взрывом, то есть взрывается одна из них, а некоторые при взрыве могут и уцелеть.

На рисунке изображено (также в поперечном сечении) сложная шаровая молния, состоящая в частности из трех автономных молний (то есть больших тороидов), из которых каждая локально охвачена собственным продольным магнитным полем, условно окрашенным синим цветом. Поперечные магнитные поля автономных молний суммировались в одно общее поперечное магнитное поле (окрашено зеленым цветом), охватывающее снаружи все три молнии и замыкающееся через общее центральное отверстие молнии. Внутри больших тороидов, а также и между ними могут находиться в движении как одиночные спирали протонов и электронов, так и небольшие тороиды объединившихся спиралей одноименных зарядов этих же частиц. Из-за сложности рисунка они в нем не изображены.

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.

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 имеет шаровая молния. 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» — 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 (а если точнее, 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, в частности, 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: маленькие молнии 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.

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, несмотря на то, что с ее помощью удалось, по-видимому, понять многие свойства шаровой молнии, 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.

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.

[источники]
источники
http://xroniki-nauki.ru
http://bluesbag1.narod.ru
http://mirsovetov.ru
http://n-t.ru

—

Вспомнить, что мы читали, смотрели и обсуждали про МОЛНИИ можно тут.

Загадки шаровой молнии

Существует редкое и загадочное природное явление — шаровая молния. Мифическая шаровая молния — концентрат таинственной энергии, крайне опасной для человека. Говорят, что она разрушает дома и убивает животных, гоняется за людьми; при встрече с ней выпадают волосы и зубы, а также начинаются всякие неприятности. Например, один из рассказов американского фермера превратился в сенсационную историю о шаровой молнии, которая скатилась из водостока в бочку с водой и выкипятила ее досуха. Но что же на самом деле представляет собой этот феномен?

Многие ученые считают шаровую молнию не просто комком плазмы. Это сложное физико-химическое образование — клуб тепловатого, влажного воздуха с обильной популяцией гидратированных разноименных ионов, связанных в кластеры, которые образуют некоторую структуру, окруженную отрицательно заряженной оболочкой. Физика шаровой молнии — это физика громадных токов при относительно низком напряжении.

Чаще всего в грозовую погоду во влажной атмосфере, насыщенной электричеством, появляются летящие и светящиеся округлые образования. Иногда шаровые молнии возникают рядом с каналом линейной молнии. По данным анкеты NASA, приблизительно в двух из пяти случаев удар линейной молнии сопровождается появлением шаровой. Однако, по данным опроса очевидцев, в 67 % случаев шаровая молния возникала из розеток, электроприборов, радиоприемников, телевизоров, телефонов, батарей отопления и даже гвоздей, вбитых в стену, — то есть из металлических проводников. Иногда светящиеся шары спускаются с облаков, неожиданно появляются в воздухе или, как сообщают очевидцы, могут выйти и из какого-либо предмета: древесного ствола, телеграфного столба и т. д. Вот одно из свидетельств очевидца: «Линейная молния ударила в провода недалеко от столба. Вслед за этим на проводе около столба возникла желто-зеленая вспышка, которая стала разгораться. Из нее образовался шар диаметром около 15 см, начавший медленно, но с небольшим ускорением катиться по провисающему проводу. Постепенно шар становился красным, затем упал на мостовую, рассыпая вокруг себя искры, и начал прыгать вдоль мостовой, как мячик, подскакивая вверх на 10-15 см. После нескольких скачков он распался на куски, которые тут же погасли. Все это происходило в течение 10-20 секунд».

Обычно шаровая молния движется хаотично в горизонтальной плоскости, приблизительно в метре над землей. В среднем молния проходит за 1 секунду не более 2-3 м. Вблизи поверхности земли сила тяжести молнии уравновешивается действием электрического поля от зарядившейся в грозу поверхности почвы. В таком взвешенном состоянии движение шаровой молнии зависит либо от воздушных потоков, либо от небольших изменений приземного электрического поля. Именно в этом состоит причина необычности ее движений. Например, она имеет стойкую тенденцию «заходить» в помещения.

Вот как описывает встречу с шаровой молнией один из наших соотечественников: «Через открытую форточку в кухню входил фиолетовый шар, светившийся, как 100-ваттная лампа, около 10-20 см в диаметре. Пролетев по комнате, шар подошел к наполовину загороженному застекленному окну из кухни в ванную и начал толкаться в углу рамы. При этом он вытянулся и ползал по стеклу, как бы ища места, где пройти. Наконец он дернулся и быстро вошел в ванную. Раздался звук бьющейся посуды (на окне ванной стояло несколько стеклянных банок). Через некоторое время шаровая молния вернулась обратно, уже без задержки, через то же окно, ударилась о металлическую трубу отопления и стала медленно падать вдоль трубы вниз. Раздался звук взрыва, и все исчезло. Около трубы стоял прислоненный к ней эмалированный тазик, в котором оказалось много отвалившейся эмали. По оценке, все это заняло около 20 секунд».

Иногда во время таких «гостевых визитов» шаровая молния проникает внутрь даже сквозь поразительно малые отверстия. При этом, сильно деформируясь, она вновь восстанавливает правильную сферическую форму после выхода в свободное пространство.

Один очевидец видел с расстояния 20 см, как в стенную щель «пролезал желтый шарик величиной с крупный апельсин, переливаясь из одной половины в другую». Другой человек рассказывал, что шаровая молния прошла в комнату через трещину в стекле, сильно сплющившись в этот момент. Подобные явления можно объяснить тем, что вещество молнии отчасти похоже на жидкость: оно обладает поверхностным натяжением и не смешивается с окружающим воздухом. Зачастую ее появление сопровождается звуковыми эффектами (треском, свистом, шумами), а также сильными радиопомехами. В половине случаев шаровая молния появляется в радиусе 5 м от наблюдателя, а в каждом шестом случае пролетает ближе, чем в метре от человека.

Нередки случаи, когда шар аккуратно облетал находящиеся на пути предметы, что говорит в пользу теории о свободном перемещении шаровой молнии по эквипотенциальным поверхностям. Например, Франк Лейн в своей книге «Стихия буйствует» (1945 г.) приводит следующий случай: «Молодая девушка сидела за столом и вдруг заметила большой огненный шар, который медленно двигался по полу комнаты в ее направлении. Когда шар приблизился к ней, он поднялся и начал двигаться по спирали вокруг нее. Затем устремился к печи и поднялся по трубе вверх. Оказавшись вне трубы, он взорвался над крышей с таким грохотом, что потряс до основания весь дом». Одно из самых удивительных и необъяснимых свойств шаровой молнии — ее способность снимать золотые обручальные кольца с руки, не вызывая при этом ожогов. Золотое или медное колечко из проволоки, подвешенное на пути шаровой молнии, теряет часть своей массы, что можно установить взвешиванием. По-видимому, это явление связано с ускоренной рекомбинацией ионов на поверхности металла, что сопровождается его распылением.

Диаметр шаровых молний варьируется от нескольких сантиметров до 1 м, но наиболее часто появляются небольшие светящиеся шары размером 15-30 см. Форма этого природного феномена в подавляющем большинстве случаев сферическая, но порой она бывает искажена электрическими полями или потоками воздуха, и тогда молния становится похожей на эллипсоид, диск, грушу или совсем теряет правильную форму. В отдельных случаях очевидцы наблюдали молнию в форме кольца.

Шаровая молния живет от 10 до 100 секунд, после чего обычно бесшумно исчезает, медленно гаснет или распадается на отдельные части. Отдельные экземпляры самоликвидируются с резким хлопком или даже взрывом. Если в спокойном состоянии от шаровой молнии исходит необычно мало тепла, то во время взрыва высвободившаяся энергия иногда разрушает или оплавляет предметы, испаряет воду. Для оценки интенсивности свечения шаровой молнии наблюдатели сравнивали этот показатель со светом электрической лампочки. Чаще всего они называли два интервала — 50-100 и 100-200 ватт. Таким образом, световой поток от шаровой молнии в среднем сравним с тем, который испускает стоваттная электрическая лампочка. Во время «путешествия» свечение шара становится тусклее или ярче, а его цвет может быть различным — от слепяще-белого, интенсивно-желтого до зеленого, иногда с пятнами и тенями. Ученые считают, что свечение шаровой молнии связано либо с накопленной в ней энергией, либо с энергией, поступающей в нее извне. В соответствии с этим положением предлагались различные модели шаровой молнии. Но удивительно не это. Оказывается, излучая свет, шаровая молния почти совсем не излучает тепло.

По теории П.Л.Капицы, шаровая молния — высокочастотный электрический разряд. В грозовую погоду между облаками и землей возникает стоячая электромагнитная волна, и когда она достигает критической амплитуды, в каком-либо месте (чаще — ближе к земле) возникает пробой воздуха, образуя газовый разряд. В этом случае шаровая молния как бы «нанизана» на силовые линии стоячей волны и двигается вдоль проводящих поверхностей. Стоячая волна отвечает и за энергетическую подпитку шаровой молнии. Экспериментально удавалось реализовать разряд под действием высокочастотного электрического поля, происходящий вдали от электродов («висящий» в воздухе). Предполагается, что при определенных условиях обычные молнии порождают высокочастотные поля, которые в каком-то другом месте поддерживают шаровую молнию.

Согласно другой теории подпитки извне, шаровая молния представляет собой смесь тлеющего электрического разряда и электрической дуги под действием статического электрического поля. В отличие от тлеющего разряда, во внутренней части шаровой молнии ток поддерживается за счет истечения материала (твердого или расплавленного), захваченного шаровой молнией под действием сильного электрического тока аналогично дуговому разряду. Во внешней части шаровой молнии ток переносится тлеющим разрядом.

В свою очередь, энергия в шаровой молнии могла быть накоплена после удара обычной молнии в виде химической энергии образовавшихся нестабильных соединений либо возбужденных состояний молекул или атомов. Происходящая с этими соединениями реакция сопровождается излучением света.

Согласно теории Б.М.Смирнова, ядро шаровой молнии — это переплетенная ячеистая структура, нечто вроде аэрогеля, которая обеспечивает прочный каркас при легком весе. Только нити каркаса — это нити плазмы, а не твердого тела. При этом энергетический запас шаровой молнии целиком скрывается в огромной поверхностной энергии такой микропористой структуры.

Известны и совершенно фантастические версии. Например, профессор Кембриджского университета Пол Дэвис выдвинул гипотезу связи между НЛО и шаровой молнией. Он даже ввел термин «нестационарный атмосферный феномен», заявляя, что шаровая молния может вызвать различные аномалии. В частности, высказывалось предположение, что она явилась причиной ряда событий, произошедших около Левелленда (штат Техас, США) в ноябре 1957 г. Тогда у множества легковых и грузовых автомашин заглохли моторы и погасли фары в присутствии большой светящейся массы, которая более двух часов медленно вращалась вокруг них. Между тем в ту ночь в Левелленде не было грозы, и появление такой долго живущей шаровой молнии, а также количество транспорта, на который она повлияла, никогда прежде замечены не были.

Одна из новейших теорий объясняет всю совокупность наблюдаемых явлений термохимическими эффектами, происходящими в насыщенном водяном паре в присутствии сильного электрического поля. Энергетика шаровой молнии здесь определяется теплотой химических реакций с участием молекул воды и их ионов. Интерес ученого И. Стаханова к проблеме шаровой молнии тоже начался с гипотезы, выдвинутой им в начале 70-х годов XX в. Стаханов, как и многие другие физики, исходил из того, что шаровая молния состоит из вещества, находящегося в состоянии плазмы. Плазма похожа на газообразное состояние с единственной разницей — молекулы вещества в плазме ионизованы, то есть потеряли (или, наоборот, приобрели лишние) электроны и перестали быть нейтральными. Это значит, что молекулы могут взаимодействовать не только как частицы газа — при столкновениях, но и на расстоянии с помощью электрических сил. Разноименно заряженные частицы притягиваются. Поэтому в плазме молекулы стремятся вернуть себе потерянный заряд путем воссоединения (рекомбинации) с оторванными электронами. Но после рекомбинации плазма превратится в обычный газ. Поддерживать жизнь плазмы можно только до тех пор, пока рекомбинации что-то мешает, — как правило, очень высокая температура.

Если шаровая молния — это плазменный шар, то она обязана быть горячей. Так рассуждали сторонники плазменных моделей до Стаханова. А он заметил, что существует и другая возможность. Ионы, то есть молекулы, потерявшие или захватившие лишний электрон, могут притянуть к себе обыкновенные нейтральные молекулы воды и окружить себя прочной «водяной» оболочкой, запирающей лишние электроны внутри и не дающей им воссоединяться со своими хозяевами. Такое возможно потому, что молекула воды имеет два полюса — отрицательный и положительный, за один из которых и «хватается» ион в зависимости от своего заряда, чтобы притянуть молекулу к себе. Значит, сверхвысокие температуры больше не нужны, плазма может оставаться и «холодной», не горячее 200­300 °C.

Далее выяснилось, что сама по себе водяная оболочка не может получиться столь плотной, чтобы помешать ионам рекомбинировать. Но рекомбинация приводит к возрастанию энтропии шаровой молнии, то есть меры ее беспорядка. Действительно, в плазме положительно и отрицательно заряженные молекулы отличаются друг от друга, по- особому взаимодействуют, а после рекомбинации они перемешиваются и становятся неразличимыми. До сих пор считалось, что в предоставленной самой себе системе беспорядок самопроизвольно возрастает, то есть в случае шаровой молнии рекомбинация произойдет сама собой, если ей как-то не помешать. Из результатов компьютерного моделирования и теоретических выкладок, проведенных в Институте общей физики, следует совершенно иной вывод: беспорядок вносится в систему извне — например, при хаотичных столкновениях молекул на границе шаровой молнии и воздуха, в котором она движется. Пока беспорядок не «накопится», рекомбинации не будет, даже несмотря на то, что молекулы стремятся к этому. Характер их движения внутри шаровой молнии таков, что при сближении разноименно заряженные молекулы будут пролетать мимо друг друга, не успевая обменяться зарядом. Ион, окруженный водяной оболочкой, называется кластером, поэтому гипотеза профессора Стаханова получила имя кластерной.

Критерием верности теории часто служит эксперимент. Поэтому многие ученые пытались воссоздать шаровую молнию в лабораторных условиях. Поскольку в ее появлении прослеживается явная связь с другими проявлениями атмосферного электричества, т. е. с обычной молнией, большинство опытов проводилось по следующей схеме: создавали газовый разряд (а свечение газового разряда — вещь известная), и затем искали условия, когда светящийся разряд мог бы существовать в виде сферического тела. Первыми такими попытками можно считать опыты Тесла в конце XIX века. В отчете сообщается, что при определенных условиях зажигая газовый разряд, ученый после выключения напряжения наблюдал сферический светящийся разряд диаметром 2-6 см. Первые детальные исследования светящегося безэлектродного разряда были проведены только в 1942 г. советским электротехником Г. И. Бабатом — ему удалось на несколько секунд получить сферический газовый разряд внутри камеры с низким давлением. Затем были опыты П. Л. Капицы — он смог получить сферический газовый разряд при атмосферном давлении в гелиевой среде. Добавки различных органических соединений меняли яркость и цвет свечения. Исследователи могли получать кратковременные газовые разряды сферической формы, жившие максимум несколько секунд.

13 мая 2006 г. исследователи из Института физики плазмы имени Макса Планка и Берлинского университета имени Гумбольдта сумели в лабораторных условиях воспроизвести таинственный природный феномен — образование шаровых молний (плазмоидов — plasmoids). Они применили подводный электрический разряд для того, чтобы получить люминесцентные плазменные облака, по своему виду напоминающие классический «файербол», причем это явление наблюдалось на протяжении почти половины секунды, а диаметр подобных «шариков» составлял 10-20 см.

В Петербургском институте ядерной физики уже несколько лет также существует мастерская шаровых молний. Здесь была создана установка, с достаточной точностью воспроизводящая природный процесс рождения молний на влажной поверхности: здесь есть медный ввод, играющий роль громоотвода, кварцевая трубочка с электродом, открытая поверхность водопроводной воды. В роли громового облака выступает батарея конденсаторов на 600 мкФ, которую можно заряжать до — 5,5 кВ. Это серьезное напряжение — малейшая неосторожность при работе с ним грозит смертельной опасностью. Вода в полиэтиленовой чашке должна быть заземлена, для этого на дно положен медный кольцевой электрод. Он соединен изолированной медной шиной с землей. Положительный полюс конденсаторной батареи тоже заземлен. От медного ввода хорошо изолированная шина ведет к центральному электроду. Это цилиндрик из железа, алюминия или меди, диаметром 5-6 мм, который плотно окружен трубочкой из кварцевого стекла. Она возвышается над поверхностью воды на 2-3 мм, сам электрод опущен вниз на 3-4 мм. Образуется цилиндрическая ямка, куда можно опустить каплю воды. Конец медного провода от отрицательного полюса конденсаторной батареи нужно закрепить на длинной эбонитовой ручке. Если быстро коснуться этим разрядником медного ввода, то из центрального электрода с хлопком вылетит плазменная струя, от которой отделится и поплывет в воздухе шаровой плазмоид. Цвет его будет разным: с железного электрода сорвется яркий белесый плазмоид, с медного — зеленый, а с алюминиевого электрода — белый с красноватым отливом (такие плазмоиды видят летчики, когда в самолет ударяет молния).

Данные о физиологическом действии шаровой молнии весьма противоречивы и сводятся, как правило, к поражению электрическим током. В апреле 1976 г. в журнале «Нейчур» обсуждался случай, который произошел в английском графстве Уэст-Мидленде: через туловище женщины, готовившей еду, прошел небольшой голубой шарик. Но единственными неприятными последствиями были энергетические вихревые потоки, нагрев, которому подверглось ее обручальное кольцо, и ожог пальца.

Однако имеется и немало свидетельств о том, что шаровая молния может причинить сильную травму или даже убить человека. Так, внезапно появившаяся шаровая молния насмерть поразила человека, сидевшего на мотоцикле позади водителя. Иногда шаровая молния причиняла тяжелые травмы. На коже потерпевших могут возникать ожоги в виде красных веточек или зигзагообразных отметин. Иногда встреча с молнией заканчивалась легким обмороком, но имеется несколько примеров, когда пострадавший попадал в больницу на несколько дней или даже недель. При этом иногда фиксируются расстройства сердечного ритма, предынфарктное состояние, боль в сердце, ожог кожи груди. Подобные пугающие последствия встречи с шаровой молнией, как считают ученые, заключаются не в самом атмосферном явлении, а в электрическом состоянии окружающих предметов.

Во время грозы на отдельных участках поверхности земли и находящихся на ней предметах могут находиться значительные заряды, а шаровая молния обладает свойством снимать с проводников накопленное электричество. При контакте с заряженным проводником в нем возникает кратковременный импульс тока, при котором заряды, проходя через шаровую молнию, рассеиваются в воздухе. Сама шаровая молния в этот момент распадается, что и воспринимается наблюдателями как взрыв. Энергия, выделяющаяся при взрыве, не имеет никакого отношения к энергии, запасенной в самой шаровой молнии, — она накапливается в заряженных проводниках, а шаровая молния служит лишь катализатором для освобождения этой энергии. С этой же точки зрения можно объяснить, почему зачастую шаровые молнии «умирают» тихо. Такой исход означает, что проводник не был заряжен, поэтому при отсутствии зарядов в окружающих предметах встреча с шаровой молнией безопасна.

Cегодня шаровую молнию характеризуют как сгусток плазмы, который образуется во время грозы, вследствие высокого напряжения в атмосферном электрическом поле. Описание, однако, не объясняет «поведение» природного явления, которое может быть пугающим и смертоносным.

Первое описание шаровой молнии

Ученые древности и предыдущих веков долго не могли рационально объяснить явление обычной молнии, поэтому ей приписывалось сверхъестественное происхождение. Говорили о своеобразном проявлении богов, например, Зевса. Шаровая молния – редкое явление, поэтому легенды о них еще более мистические и жутковатые.

Первое письменное освидетельствование было сделано в 1638 году в графстве Девон (Англия). Во время службы в церкви, которая находилась в деревне Вайдкомб-Мур, в помещение влетел огненный шар, диаметр его был около двух метров. Шар выбил камни из стен церкви, сломал деревянные балки, скамейки разлетелись в щепки, лопнули стекла. Помещение церкви наполнилось густым дымом, и повсюду чувствовался запах серы. Шар разделился на две части, одна улетела наружу, а вторая скрылась в церкви. В результате появления молнии погибло четыре человека, а шестьдесят человек получили различные ранения. Явление расценили как «пришествие дьявола», а виновными объявили прихожан, которые во время проповеди играли в карты.

Это не первый случай, когда шаровая молния была исторически зафиксирована. Загадочные огненные шары встречаются и в записках Св. Григория из Тура, которые датируются 6 веком н.э. Необычное природное явление изображено на всемирно известном полотне «Проповедь святого Мартина», которое выставлено в Лувре.

Ужас шаровой молнии

Шаровая молния – специфическое явление и многие признаки сопутствуют только ей. По форме она не всегда напоминает собой сферу, иногда в природе встречаются и овальные, и каплевидные, и стержнеподобные экземпляры. У овальной и сферической размер составляет в среднем сорок сантиметров в диаметре. Цвет молний красный или желто-красный, иногда желтый, редко в природе встречаются молнии, которые имеют белый или зеленый цвет. Молния во время своего появления может менять свой цвет, например, с красного на желтый или белый.

Движение шаровой молнии кажется наблюдателю «осмысленным», по своему «поведению» она напоминает простейшее, которое ищет пищу в окружающей среде, ощупывая территорию. В любой момент молния может остановиться в пространстве, а потом стремительно врезаться в предмет, который заземлен. Очевидцы говорят, что «огненный шар» издает шипящий звук, а пахнет в пространстве рядом с ней серой и озоном. Прикасаться с шаровой молнии крайне опасно, некоторые случаи оканчивались очень сильными ожогами и потерей сознания человеком. Столкновения с шаровой молнией могут быть летальными.

Широко известный научному миру случай: Георга Рихмана профессора физики убила шаровая молния, когда он проводил эксперимент с электрометром в Санкт-Петербурге. Трагедия случилась 6 августа 1753 года. Михаил Ломоносов описал смертельные травмы, которые были на теле Рихмана: «Красно-вишневое пятно на лбу, электрическая сила вышла через ноги в доски. Пальцы синие, башмак разорван, но не прожжен».

Еще один очень важный эффект, о котором стоит упомянуть –  многие очевидцы говорят, что до появления молнии на них находил слепой ужас. Потом появлялась молния. После этого очевидцы долго не могут прийти в себя, они подавлены, их мучают ночные кошмары и сильная головная боль.

С точки зрения науки

Необычные свойства, которыми обладают шаровые молнии, привели к тому, что ученые настороженно стали толковать явление. Гибель Рихмана пытались объяснить как следствие взаимодействия с обычным грозовым разрядом. Хотя очевидцы гибели ученого говорили о шаре. Ученые не имеют ничего против феномена, но существуют теории, сводящие явление к галлюцинации, вызванной близким грозовым разрядом.

Научный мир во второй половине 20 века стал проявлять больше интереса к шаровой молнии. Было сделано много фотографий, которые наглядно демонстрируют феномен. Петр Капица занимался исследованием данного явления, а Никола Тесла пытался воспроизвести его в лабораторных условиях. Ученые пришли к выводу, что шаровые молнии имеют мало общего с обычными молниями, которые видел каждый ребенок, потому что первые могут появиться и в сухую погоду, и зимой.

Сегодня существует более четырехсот моделей, которые описывают происхождение шаровых молний. Экспериментально создать шаровую молнию можно, но только в специальных ограниченных условиях. Однако, по словам представителя комиссии РАН по борьбе с лженаукой, «не хочет шаровая молния залетать в лаборатории ученых». Если условия среды начинают приближаться к реальным, то молния превращается в неустойчивый сгусток плазмы, который исчезает в пространстве за несколько секунд. В природе шаровая молния движется, зависает, преследует, проникает сквозь стены, взрывается и существует более получаса. Модель не сравнится с прототипом.

Сенсационное открытие

Совсем недавно ученым фантастически повезло. 23 июля 2012 года шаровая молния появилась на Тибетском плато и попала под поле сканирования бесщелевых спектрометров, которые были там установлены. Китайские физики установили их для изучения обычных грозовых молний. Но спектрометры зафиксировали свечение шаровой молнии, которое продолжалось 1,64 секунды. Открытие! Обычная молния содержит в своем спектре ионизированный азот, а шаровая молния – железо, кремний и кальций, которыми богата почва.

Благодаря открытию одна из популярных моделей получила научное подтверждение. Модель основывается на том, что шаровая молния не что иное, как сгорающие частицы почвы, которые были подняты в воздух грозовым ударом. Круг изучения немного сузился, но пока ученые не могут объяснить, почему шаровая молния может проходить сквозь стены, почему она может появиться внутри подводной лодки, которая находится на приличной глубине и почему возникают неприятные психологические эффекты у людей, а также многое другое.

Существует более 400 теорий, объясняющих явление, но ни одна из них не получила абсолютного признания в академической среде. Пока что научные круги признают, что загадка природы не раскрыта. Бывали случаи, когда молнии появлялись рядом с одним и тем же человеком много раз, при этом каждый раз у молнии была новая форма или окраска. Когда тайна шаровой молнии будет раскрыта, скорее всего, мир получит уникальный источник энергии.