Ученые разгадали тайну шаровой молнии — Российская газета

Китайские ученые заявили о разгадке тайны шаровой молнии. Комментируя это открытие, они утверждают, что им сильно повезло. Группа специалистов из Северо-Западного университета под руководством профессора Цен Цзянь Юна вела наблюдения в высокогорных районах Тибета, используя видеокамеры и спектрографы. Совершенно случайно во время сильнейшей грозы они стали свидетелями фантастического зрелища: молния ударила рядом с ними в землю. Тут же образовался громадный светящийся шар диаметром около пяти метров. Пролетев 15 метров, через 1,6 секунд шар бесследно исчез. Причем он постоянно менял свой цвет. Сначала был пурпурно-белым, затем начал приобретать оранжевый цвет, потом опять побелел, а в конце стал ярко-красным.

Но самое главное, что спектрометр успел зафиксировать химический состав основных элементов шаровой молнии: кремний, железо и кальций, которые распространены в почве. На этом основании китайские физики заявили, что им удалось подтвердить выдвинутую в 2000 году гипотезу новозеландского ученого Джона Абрахамсона. Он предположил, что при ударе молнии в землю внезапное и сильное повышение температуры быстро испаряет из почвы оксиды кремния, железа и других элементов. А ударная волна выбрасывает образовавшийся газ в воздух, формируя шар. То есть загадку шаровой молнии, по мнению китайских физиков, можно считать раскрытой.

Кстати, они обнаружили еще один любопытный факт. Колебания свечения шаровой молнии составляли около 100 герц, хотя должны быть вдвое меньше. Не исключено, что лишние 50 герц могла добавить расположенная поблизости линия электропередач. Она же могла стать причиной аномально большого размера шара. Обычно он составляет от одного до десятков сантиметров.

— Китайцы выдают желаемое за действительное, — сказал корреспонденту «РГ» один из ведущих в России специалистов по изучению феномена шаровых молний, доктор физико-математических наук из МГУ им. Ломоносова Владимир Бычков.

— Они не получили убедительных данных, что шаровая молния родилась от удара обычной молнии в почву. Скажем, в составе веществ, которые они увидели в шаре, нет алюминия. А ведь это один из самых распространенных на Земле элементов. Почему же его нет? Непонятно. Зато все встает на свои места, если предположить, что на самом деле все было несколько иначе. Обычная молния ударила в мачту ЛЭП, породив хорошо известный из курса физики дуговой разряд. Он и двигался вдоль линии электропередач.

Владимир Бычков утверждает, что он не одинок в своих сомнениях. Так, наиболее авторитетный в мире научный журнал Nature отказался публиковать статью китайских ученых, она вышла в менее престижном издании.

По словам профессора Бычкова, ситуация с шаровой молнией долгие годы практически не меняется. Сегодня существуют сотни теорий, которые объясняют ее происхождение. Свои версии предлагали многие известные ученые, в частности, Нобелевский лауреат Петр Капица. Однако пока ни одна теория не стала общепризнанной. Не лучше обстоят дела и с экспериментами. В лабораториях удается получить кратковременные и очень маленькие по размеру образования, но ни одно не совпадает с тем, что описывают очевидцы. А ведь именно их свидетельства являются единственным аргументом их существования.

— Нам удалось в Санкт-Петербургском университете создать сферы диаметром в несколько миллиметров, которые жили несколько секунд, — говорит Владимир Бычков. — Но мы не можем доказать, что это шаровая молния, так как не удается измерить их заряд. Ведь в отличие от двухполярной плазмы, шаровая молния должна иметь заряд только одного знака, а получить его в лаборатории никак не получается. Пока это по силам только природе.

Известно, что шаровая молния появляется не только в грозу, ее видели в ясный солнечный день. В этом нет ничего удивительного, утверждает Владимир Бычков. Светящиеся феномены возникают в районе геологических разломов, ведь при их активности появляются сильные магнитные поля. Кстати, японские ученые обнаружили, что при сейсмоактивности может появляться плазма.

И хотя многолетние попытки создать и объяснить феномен шаровой молнии пока ни к чему не приводят, усилия ученых вовсе не напрасны, считает профессор Бычков. Появились интересные теории, которые рассматривают различные экстремальные состояния, а целый ряд установок для получения шаровой молнии потом пошли в технику. Скажем, высоковольтный передатчик знаменитого Николы Тесла стал широко применяться для передачи электроэнергии.

Справка «РГ»

Существует немало свидетельств появления шаровой молнии. Многие вызывают сомнения, но есть и достаточно убедительные. Так 6 августа 1944 года в шведском городе Уппсала шаровая молния прошла сквозь закрытое окно, оставив дырку 5 см в диаметре. Важно, что явление не только наблюдали местные жители, но и сработала система слежения за разрядами молнии Уппсальского университета.

В 2008 году в Казани шаровая молния залетела в окно троллейбуса. Кондуктор с помощью валидатора отбросила ее в конец салона, где не было пассажиров. Через несколько секунд произошел взрыв. В салоне находилось 20 человек, никто не пострадал. Троллейбус вышел из строя.

10 июля 2011 года в чешском городе Либерец шаровая молния появилась в здании городских аварийных служб. Шар с двухметровым хвостом подпрыгнул к потолку, затем упал на пол, снова подпрыгнул к потолку, пролетел 2 — 3 метра, а затем упал на пол и исчез. Все компьютеры зависли (но не сломались), коммуникационное оборудование вышло из строя.

Феномен шаровой молнии

Шаровая молния — странное явление, которое до сих пор остается малоизученной загадкой. Ярчайший шар, летающий после или во время грозы, «жизнь» которого завершается мощнейшей электрической вспышкой или даже пожаром. Многие ученые до сих пор подозревают, что шаровой молнии не существует, и это всего лишь миф или обман зрения. В то же время в последние годы наука смогла продвинуться в исследовании этого феномена, о котором мы решили подробнее рассказать. 

От начала времен

Первые письменные упоминания объектов, подходящих под описание шаровых молний, можно встретить еще в текстах, написанных до нашей эры.  

«Над Римом появились огромные огненные птицы, несущие в клювах раскалённые угли, которые, падая вниз, сжигали дома. Город полыхал…»

Шаровые молнии упоминались не просто как визуальные объекты, но и как виновники многочисленных ожогов, пожаров и смертей. Описания таких объектов сильно разнятся — это касается и цвета, и размера шара, его скорости и даже формы. Причина, по которой «огненные шары» описывали так по-разному, может быть простой: в некоторых случаях очевидцы могли наблюдать что-то другое — оптическая иллюзия из-за сверкания обычной молнии, воспламенение газов или даже галлюцинации.

В особенности на ошибках наблюдения и обмане зрения начали настаивать ученые XIX века. Многочисленные попытки хоть как-то зафиксировать феномен претерпевали неудачу, а слова очевидцев невозможно было проверить. 

Первые гипотезы

Одним из первых, кто попытался дать шаровым молниям научное объяснение, стал астроном и физик Доминик Франсуа Араго. Сначала он систематизировал все описания феномена, что давали очевидцы, в книге «Гром и молния». Свидетелей шаровой молнии (или даже пострадавших от нее)  было так много, что научное сообщество перестало считать явление вымыслом — хотя и доказательств обратного привести никто не мог.

Сам Арго предположил, что шаровые молнии — следствие взаимодействие кислорода с азотом, в результате которого выделяется большое количество электрической энергии. Спустя полвека физик Яков Френкель дополнил гипотезу: плазменные шары образуются из пылевых частиц с активными газами, получившими электрический заряд. То есть молния «зарядила» газы, вследствие чего те начали вращаться вихрем. Это объясняет, почему шаровые молнии «живут» такое продолжительное время. Впрочем, теория Френкеля отметала все те случаи, согласно которым шаровые молнии появлялись в отсутствии грозы, а точнее даже разряда молнии.

Были и другие гипотезы: например, что шаровые молнии подпитываются радиоволнами определенной длины (35-70 см). И что заряженных молнией газов недостаточно для непрерывного свечения молнии — нужна энергия извне.

Со временем теорий о природе шаровой молнии появилось так много, что их уже не сосчитать. При этом до XXI века само существование явления оставалось недоказанным, несмотря на многочисленные свидетельства. 

В наше время

Достоверное доказательство существования шаровой молнии (как и любого другого феномена) может быть получено двумя способами: теоретическим и практическим. Причем полностью сформированная теория должна поддаваться воспроизведению на практике — и наоборот. 

На протяжении XX века и начала XXI никаких научных доказательств шаровой молнии получить не удавалось. Не раз были зафиксированы и ожоги, а также летальные исходы. 

Феномен долгое время оставался в одном ряду со свидетельствами о призраках или контактах с инопланетянами. Начала получать распространение теория о фантомности шаровой молнии. Согласно ей, обычный разряд молнии (или даже тока) при особых микроколебаниях магнитного поля вызывает электрическое поле, которое «отпечатывается» на сетчатке глаз, вызывая ложные зрительные образы.

Однако уже в 2010-ых годах появились первые официально зафиксированные свидетельства шаровых молний. В 2012 году китайские ученые зафиксировали в Тибетских горах свечение молнии-шара, которое длилось полторы секунды. Выяснилось, что спектр таких молний содержит (помимо линий азота, присущих обычным молниям) линии железа, кремния и кальция. Увы, полученной информации оказалось слишком мало, чтобы считать ее сенсацией.

Впрочем, в последние годы все чаще шаровые молнии стали попадать в объектив камер. Некоторые ролики быстро окрестили фейковыми или же в них наблюдалось иное явление: например, мощное искрение проводов в темноте образует форму шара, который можно принять за шаровую молнию. Под нее же может попасть и воспламенение метана, выходящего из почвы.

Некоторого прогресса удалось добиться и команда ученых из Финляндии и США, которым удалось создать синтетический электромагнитный узел шаровой формы. Таким образом ученые склоняются к тому, что шаровые молнии носят не только электрическую, но и квантовую природу.

Что такое шаровая молния?

При всем дефиците достоверной информации о феномене шаровых молний, ученым все успешнее удается найти теоретические основы для этого явления. Наибольшее распространение получает теория, что шаровая молния — это ионизированный сгусток плазмы, который провоцируется разрядом обыкновенной молнии. Иными словами, это индукционный разряд в вихревом кольце. Температура шара может составлять до 1000 градусов Цельсия. Впрочем, со слов очевидцев, очутившиеся поблизости от такого огненного шара люди не чувствовали тепла — вероятно, оно концентрируется внутри шара. Диаметр шара обычно составляет до 20 сантиметров, цвета — белые, синие, желто-красные.

Очевидцы часто рассказывали, что шаровые молнии проникали в дома сквозь окна, щели, розетки. Был даже случай, когда ученый и преподаватель Владимир Терентьев, скептически настроенный по отношению к этому феномену, сам стал случайным наблюдателем шаровой молнии в метре от себя.

***

В научной фантастике феномен шаровой молнии блистательно раскрыл Лю Цысинь в романе «Шаровая молния». Вместе с изобретательными и вдумчивыми теориями, книга может похвастаться увлекательным сюжетом и запоминающимися сценами, которые буквально просятся на большой экран.

Читайте также: 

Спасайтесь, но медленно: 4 опасные привычки шаровой молнии

https://radiosputnik.ria.ru/20191020/1559953948.html

Спасайтесь, но медленно: 4 опасные привычки шаровой молнии

Спасайтесь, но медленно: 4 опасные привычки шаровой молнии

Шаровая молния – редкое и не до конца понятное природное явление. С ним лучше не встречаться. Но что делать, если пришлось?

2019-10-20T03:00

2019-10-20T03:00

2019-10-20T03:00

акценты

космос

молнии

общество

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn21.img.ria.ru/images/155995/37/1559953798_0:124:3204:1926_1920x0_80_0_0_7a1a247a96ef6656491f73958edb0c8d.jpg

1. В октябре 1638 года шаровая молния внезапно появилась во время грозы над английской деревней: влетела в церковь огненным шаром около двух с половиной метров в поперечнике. Молния выбила камни из стен, сломала скамейки, разбила окна, распространила густой дым с запахом серы, разделилась надвое – один шарик вылетел наружу, второй растворился внутри. Четверо погибших, полсотни раненых. Пожара не возникло. Произошедшее объяснили так: это было «пришествие дьявола» – из-за того, что двое прихожан играли в карты во время проповеди.2. В середине 1960-х годов в центральных районах Колымы физик Сергей Уйманов наблюдал шаровую молнию на расстоянии 10 метров. Она была, как голубоватый футбольный мяч, «ниоткуда» появилась перед грозой рядом с линией высоковольтной передачи (35 000 вольт), пролетела вдоль нее до ближайшей трансформаторной подстанции и замкнула трехметровое расстояние между проводами. Образовались две огромные дуги, наподобие сварочных. Они мощно и долго гудели. Увиденное физик объясняет так: светящийся шар – это проявление энергии, которой обладает крохотная частица сверхплотного звездного вещества. Оно выделяет энергию, превращая ее во флюоресцирующее свечение газа, то есть всего, что присутствует в атмосфере. Мы видим энергообмен частицы с местной средой. 3. Шаровая молния непредсказуема. Никогда неизвестно, куда она летит и чему подчиняется в полете: либо местным магнитным силовым линиям, либо силовым линиям поля Земли, которое постоянно меняется. Но точно известно, что шаровая молния обладает хорошим «магнитным моментом». 4. Шаровая молния легко проходит через стекло. Чаще всего она взрывается, реже – выжигает то, что находится на пути. При ее появлении ни в коем случае не паниковать. Нельзя резко убегать от шаровой молнии – вы можете увлечь ее за собой вместе с воздушным потоком. Не пробуйте замахиваться – «отгонять» шаровую молнию: вы рискуете изменить условия передачи ею энергии. Реакции этой молнии непредсказуемы. Поэтому постарайтесь тихо, спокойно и медленно отойти подальше в сторону. Автор Ольга Бугрова, радио SputnikПодписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен

космос

Радио Sputnik

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2019

Ольга Бугрова

https://cdn23.img.ria.ru/images/148082/96/1480829647_824:0:4104:3280_100x100_80_0_0_447bde49812d8b9587b0515a05203f38.jpg

Ольга Бугрова

https://cdn23.img.ria.ru/images/148082/96/1480829647_824:0:4104:3280_100x100_80_0_0_447bde49812d8b9587b0515a05203f38.jpg

Новости

ru-RU

https://radiosputnik.ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

Радио Sputnik

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn24.img.ria.ru/images/155995/37/1559953798_237:0:2968:2048_1920x0_80_0_0_592e5cdf20c8c529fa20c92bc3be4439.jpg

Радио Sputnik

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Ольга Бугрова

https://cdn23.img.ria. ru/images/148082/96/1480829647_824:0:4104:3280_100x100_80_0_0_447bde49812d8b9587b0515a05203f38.jpg

космос, молнии, общество

Ведущие

Ольга
Бугрова

обозреватель радио Sputnik

Шаровая молния – редкое и не до конца понятное природное явление. С ним лучше не встречаться. Но что делать, если пришлось?

1. В октябре 1638 года шаровая молния внезапно появилась во время грозы над английской деревней: влетела в церковь огненным шаром около двух с половиной метров в поперечнике.

Молния выбила камни из стен, сломала скамейки, разбила окна, распространила густой дым с запахом серы, разделилась надвое – один шарик вылетел наружу, второй растворился внутри. Четверо погибших, полсотни раненых. Пожара не возникло.

Произошедшее объяснили так: это было «пришествие дьявола» – из-за того, что двое прихожан играли в карты во время проповеди.

2. В середине 1960-х годов в центральных районах Колымы физик Сергей Уйманов наблюдал шаровую молнию на расстоянии 10 метров.

Она была, как голубоватый футбольный мяч, «ниоткуда» появилась перед грозой рядом с линией высоковольтной передачи (35 000 вольт), пролетела вдоль нее до ближайшей трансформаторной подстанции и замкнула трехметровое расстояние между проводами. Образовались две огромные дуги, наподобие сварочных. Они мощно и долго гудели.

Увиденное физик объясняет так: светящийся шар – это проявление энергии, которой обладает крохотная частица сверхплотного звездного вещества. Оно выделяет энергию, превращая ее во флюоресцирующее свечение газа, то есть всего, что присутствует в атмосфере. Мы видим энергообмен частицы с местной средой.

3. Шаровая молния непредсказуема. Никогда неизвестно, куда она летит и чему подчиняется в полете: либо местным магнитным силовым линиям, либо силовым линиям поля Земли, которое постоянно меняется. Но точно известно, что шаровая молния обладает хорошим «магнитным моментом».

4. Шаровая молния легко проходит через стекло. Чаще всего она взрывается, реже – выжигает то, что находится на пути.

При ее появлении ни в коем случае не паниковать. Нельзя резко убегать от шаровой молнии – вы можете увлечь ее за собой вместе с воздушным потоком.

Не пробуйте замахиваться – «отгонять» шаровую молнию: вы рискуете изменить условия передачи ею энергии. Реакции этой молнии непредсказуемы. Поэтому постарайтесь тихо, спокойно и медленно отойти подальше в сторону.

Автор Ольга Бугрова, радио Sputnik

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен

Существуют ли шаровые молнии? Наблюдения и эксперименты

Вы когда-нибудь видели шаровую молнию? В интернете можно найти много роликов, на которых якобы запечатлели это феноменальное событие. Но в большинстве своем они отдают жутким «фотошопом». Кажется, что только наши бабушки вживую сталкивались с парящими сгустками электричества. Хотя свидетельства очевидцев шаровых молний часто регистрируют, систематизируют и даже пишут по ним целые монографии, которые становятся учебными пособиями в вузах. Существуют ли шаровые молнии? Чем они могут быть на самом деле и что об этом думают ученые?

Наверное, в детстве каждый из нас слышал истории о шаровых молниях, которые залетают в дома и могут вызвать пожар. А потому наши бабушки настаивают: форточки во время грозы должны быть закрыты — чтобы в них не дай бог не залетела шальная шаровая молния. Судя по многим историческим свидетельствам, с шаровыми молниями или похожими на них явлениями люди регулярно сталкиваются еще с античных времен и в разных уголках света.

«Вечером я гуляла и побежала в сторону деревни, собака — за мной. Тут раздался раскат грома, и вслед за нами помчался маленький блестящий шарик. Через несколько секунд шар нагнал собаку, коснулся ее, раздался оглушительный треск. Собака упала. Шкура на ней обуглилась».
Наблюдатель, 1920 год

Описания эти сильно разнятся, однако некоторые закономерности вывести можно. Итак, шаровая молния — это светящаяся сфера размером с небольшой капустный кочан. Часто она появляется до, после или во время грозы после удара молнии. Иногда ее появление никак не связано с погодой. Наблюдают шаровую молнию в течение нескольких секунд или минут. Она может быть разных цветовых оттенков.

Видный исследователь шаровой молнии Александр Григорьев, который трудился в Ярославском государственном техническом университете, посвятил сбору свидетельств от очевидцев шаровых молний многие годы. Он систематизировал тысячи рассказов и пришел к выводу, что чаще всего шаровая молния просто уходит из поля зрения наблюдателя (40%). Иногда она взрывается (26%) или просто тихо угасает (13%), разряжается в землю (8%) или в проводник (6%).

Яркость объекта может варьироваться от тусклой до ослепительной. Скорость движения меняется от медленной (сантиметры в секунду) до быстрой (десятки метров в секунду). Есть свидетельства соприкосновения человека с шаровой молнией, после которых он не получил никаких ожогов или травм. Другие свидетели рассказывают о том, как под проливным дождем шаровая молния подожгла стог сена или убила собаку. В 90% случаев шаровая молния наблюдалась в форме непосредственно шара, но также она может быть грушевидная, эллипсоидальная, кольцеобразная или другой формы.

«В полутора метрах я увидел белый шар диаметром 20—25 сантиметров, висевший на высоте полутора метров. Он светился, как лампочка в 15 ватт. Шар казался состоящим из шевелящихся маленьких бело-красноватых искорок».
Наблюдатель, 1962 год

Характеристики наблюдаемых объектов очень сильно варьировались, а потому сам исследователь отмечал, что создать какой-то усредненный «портрет» шаровой молнии не представляется возможным. И это лишь одна из многих сложностей в изучении феномена.

Российские эксперименты

Другая же заключается в невозможности воссоздать шаровую молнию в лабораторных условиях. Прагматический оттенок изучение шаровых молний приобрело после 1950-х годов и развертывания работ в области физики плазмы. Внешне шаровая молния схожа с объектами плазменной природы, но в идеальных лабораторных условиях эти объекты не могут существовать десятки секунд и при этом активно светиться.

Попытки воспроизвести шаровую молнию в лаборатории предпринимались неоднократно. Не сказать, что они были удачными. Иногда удавалось воспроизвести светящиеся объекты, но по своим свойствам они напоминали шаровые молнии лишь отдаленно.

Геннадий Шабанов из Петербургского института ядерной физики РАН в прошлом десятилетии опубликовал научную работу о своих экспериментах по рождению шаровой молнии в лаборатории. Делал он это с помощью экспериментальной установки. У поверхности воды с помощью электрического разряда удавалось создать светящийся шаровой объект. Однако время его жизни было не в пример короче шаровых молний — всего несколько сотен миллисекунд.

Тем не менее исследователи были убеждены, что «формирующееся светящееся образование является аналогом природной шаровой молнии», так как оно успевало демонстрировать свойства природной шаровой молнии. Среди них — отсутствие взаимодействия с диэлектриками, расплавление и распыление проводников, изменение цвета в зависимости от наружной освещенности и фона и так далее.

Ученые провели несколько экспериментов по уточнению температуры их аналога природной шаровой молнии. На высоте 15 сантиметров от электрода аналог не смог расплавить диэлектрик с температурой плавления около 200 градусов по Цельсию. Хлопчатобумажная нить, размещенная на высоте 25 сантиметров от электрода, не загорелась. Когда на нить нанесли тонкий слой коллоидного графита, она загорелась моментально. Ученые сделали выводы, что их аналог оказался довольно холодным, но может проявлять «огонек» в случае с электропроводными телами, в том числе с человеческими.

Такие шарообразные светящиеся объекты удается получать ученым по всему миру. Не всякая команда берется называть их шаровыми молниями — скорее долгоживущими плазменными образованиями.

Наблюдение природной шаровой молнии учеными

В 2014 году в авторитетном рецензируемом журнале Physical Review Letters Цзяньюн Цен с коллегами из Северо-западного педагогического университета Китая описали свой опыт наблюдения шаровой молнии в дикой природе. Они случайно зафиксировали шаровую молнию с помощью видеокамер и спектрографов.

Когда обычная линейная молния ударила в землю, возник шар шириной 5 метров. Он пролетел над землей 15 метров и исчез спустя 1,6 секунды. Спектрограф показал, что основными элементами в шаре были кремний, железо и кальций — те же элементы, которые находились и в почве.

Это наблюдение стало подтверждением теории новозеландца Джона Абрахамсона. В 2000 году он предположил, что после удара молнии в землю внезапное мощное тепло испаряет из почвы оксид кремния. Затем ударная волна поднимает газ в воздух. Если в почве есть углерод (от мертвых листьев или кореньев), он «крадет» кислород из оксида кремния, оставляя облако чистого кремниевого пара. Затем атмосферный кислород повторно окисляет горячий шар газа, что и заставляет шар светиться.

В лабораторных экспериментах в Бразилии и Израиле эта теория также находила подтверждение: когда ученые воздействовали электрическими разрядами на кремниевые пластины, выделялся пар, который затем окислялся. Выглядело это как маленькие светящиеся шары.

Читайте также:

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Есть о чем рассказать? Пишите в наш Telegram-бот. Это анонимно и быстро

Перепечатка текста и фотографий Onliner без разрешения редакции запрещена. [email protected]

шаровая молния появляется из-за воздушного пузыря, работающего как линза

У шаровой молнии до сих пор существует несколько возможных объяснений, однако ученые по-прежнему не установили, как именно появляется это загадочное природное явление. Одна из странных гипотез утверждает, что эти светящиеся шары являются светом, пойманным в сферу из воздуха. Новые исследования установили физические параметры того, на что может быть похож этот «пузырь».

На протяжении многих веков люди наблюдали за тем, как появляются и исчезают шаровые молнии. Примерно всегда это выглядит одинаково — шары света размером с виноградинку медленно движутся на небольшом расстоянии над землей, часто во время грозы, сохраняя размер и форму, возможно, в течение 10 секунд или около того, прежде чем просто исчезнуть. Иногда люди наблюдают, как шаровые молнии проникают сквозь закрытое окно или резко исчезают в стене, оставляя запах серы.

Более десяти лет назад Владимир Торчигин из Российской академии наук пришел к выводу, что атмосферное явление, которое мы называем шаровой молнией, вовсе не молния, а, скорее, фотоны, которые бьются рикошетом о стенки воздушного пузыря их собственного производства.

Несколько лет назад появление шаровой молнии в Китае было случайно зафиксировано на спектрографе после удара молнии по земле, что дало исследователям разложение электромагнитного спектра, в том числе подтверждающее теорию Торчигина. 

Исследование подкрепляется объяснением инженера Кентерберийского университета Джона Абрахамсона, который предположил, что светящийся воздух может быть результатом того, что испаренный материал земли выталкивается ударной волной воздуха.

Другие исследователи предполагают, что облака из отталкивающих заряд ионов, собирающихся на изоляторе, таком как стеклянный лист, обеспечивают основу для длительных периодов жизни, а также дрейфующих и «подпрыгивающих» движений шаровой молнии.

Идея Торчигина проста и умозрительна. Она не имеет ничего общего с заряженными ионами и всем, что связано с интенсивным потоком фотонов, излучаемых яркой вспышкой в ​​нашей атмосфере. Поскольку любая частица поглощает и испускает электромагнитное излучение, возникает отдача, называемая силой Абрахама — Лоренца. Теоретически свет, распространяющийся от удара молнии, заставляет частицы воздуха колебаться, когда они поглощают и пропускают электромагнитное излучение.

Эта сила не так впечатляет в большинстве случаев. Но чрезвычайная интенсивность удара молнии не является обычной вспышкой. Более того, эти оптические силы могут потенциально значительно увеличиться при правильных условиях. Эти «правильные условия», по словам Торчигина, включают в себя создание тонкого слоя воздуха, который преломляет свет обратно на себя. Тонкий слой воздуха, мало чем отличающийся от пленки пузыря, может эффективно фокусировать свет как линзу, усиливая его достаточно, чтобы вытолкнуть частицы воздуха в границу и создать долгоживущий пузырь, концентрируя фотоны по несколько секунд за раз. Но не все «зародыши» шаровых молний становятся полноценными молниями, исчезая немедленно из-за недостатка света или достаточно закрытой оболочки.

Молнии шаровые, но разные

Александр Григорьев,
доктор физико-математических наук
«Химия и жизнь» №3, 2017

Шаровая молния — явление удивительное и до сих пор не понятое, несмотря на потенциальную практическую значимость (слышали что-нибудь о стабильной плазме?). Ее пытаются создавать экспериментально и строят теории, но ценным источником информации остаются рассказы очевидцев.

Совсем немного истории

Шаровая молния как явление, связанное с грозой, известна с античных времен. Первую дошедшую до нас гипотезу о ее происхождении высказал один из создателей так называемой лейденской банки, первого конденсатора, накопителя электрической энергии, — Питер ван Мушенбрук (1692–1761). Он предположил, что это сгустившиеся в верхних слоях атмосферы болотные газы, которые воспламеняются, спускаясь в нижние.

В 1851 году появилась первая книга, целиком ей посвященная, — автором был один из крупнейших французских физиков, почетный член Петербургской академии наук Франсуа Араго. Он назвал ее «самым необъяснимым физическим явлением», и сделанный им обзор свойств и представлений о ее природе инициировал появление потока теоретических и экспериментальных исследований этой формы грозового электричества.

До пятидесятых годов XX века шаровая молния (ШМ) привлекала к себе внимание лишь как непонятный геофизический феномен, о ней писали статьи и книги, но исследования носили в основном феноменологический характер. Однако когда развернулись работы в области физики плазмы и ее многочисленных технических и технологических приложений, тема приобрела прагматический оттенок. Стабилизация плазмы всегда была для физики важной задачей, а ШМ, объект, вроде бы, плазменной природы, автономно существует и интенсивно светится десятки секунд. Потому с историей ее исследований связаны имена многих известных ученых, занимавшихся физикой плазмы. Например, один из основателей советской физики Петр Леонидович Капица (1894–1984) опубликовал статью «О природе шаровой молнии» (1955), в которой предложил идею о внешней подпитке энергией, и в последующие годы ее развивал, видя в шаровой молнии прообраз управляемого термоядерного реактора.

Библиография по ШМ к настоящему времени насчитывает более двух тысяч научных статей, только за последние сорок лет вышло около двух десятков книг и подробных обзоров. Начиная с 1986 года в России и за рубежом регулярно проводятся симпозиумы, семинары и конференции, посвященные ШМ, по этой теме в РФ защищено несколько кандидатских диссертаций и одна докторская. Ей посвящены тысячи экспериментальных и теоретических исследований, она попала даже в школьные учебники. Объем накопленных феноменологических сведений весьма велик, но понимания строения и происхождения по-прежнему нет. Она уверенно лидирует в списке малоизученных, непонятных, таинственных и опасных явлений природы.

Усредненный портрет

Опубликованные книги содержат различной строгости и глубины обзоры теоретических и экспериментальных исследований ШМ, причем сами данные приводятся чаще всего в усредненном виде. Научная литература содержит множество таких «усредненных портретов», на основе которых появляются новые теоретические модели и новые варианты старых теоретических моделей. Но эти портреты далеки от оригиналов. Характерная черта ШМ — значительный разброс параметров, более того, их изменчивость в ходе существования феномена.

Вот почему любые попытки теоретического и экспериментального моделирования на основе перечней свойств «средней» ШМ обречены на неудачу. При существующем положении дел большинство авторов моделирует просто нечто сферическое, светящееся и долго существующее. Между тем, по сообщениям наблюдателей, яркость варьирует от тусклой до ослепительной, цвет ее может быть любым, также изменяется и цвет ее полупрозрачной оболочки, о которой иногда сообщают респонденты. Скорость движения меняется от сантиметров до десятков метров в секунду, размеры от миллиметров до метра, время существования — от единиц секунд до сотни. Когда речь заходит о тепловых свойствах, оказывается, что иногда она касается людей, не вызывая ожогов, а в некоторых случаях зажигает стог сена под проливным дождем. Электрические свойства столь же причудливы: она может убить животное или человека, коснувшись его, или заставить светиться выключенную электролампочку, а может вообще не проявлять электрических свойств. Причем свойства ШМ с заметной вероятностью меняются в процессе ее существования. По результатам обработки 2080 описаний, с вероятностью 2–3% изменяются яркость и цвет, примерно в 5% случаев — размер, в 6–7% — форма и скорость движения.

В этой статье представлена короткая подборка описаний поведения ШМ в естественных условиях, акцентирующих внимание на тех ее свойствах, которые не вошли в усредненные портреты.

Оранжевая, лимонная, зеленая, голубая…

Наблюдатель Тараненко П. И., 1981 год:
«…светящийся шарик, выплывающий из гнезда розетки. За время порядка двух-трех секунд он проплыл немного в плоскости гнезд розетки, удалившись от стены примерно на один сантиметр, затем вернулся и пропал во втором гнезде розетки. В начальной фазе, при выходе из гнезда, шар имел густо-оранжевый цвет, когда же он полностью сформировался, то стал прозрачно-оранжевым. Затем при движении шара его цвет изменился на желто-лимонный, разбавленно-лимонный, из которого вдруг высветился пронзительно сочно-зеленый цвет. Кажется, именно в этот момент шарик повернул назад к розетке. Из зеленого цвет шарика стал нежно-голубым, а перед самым входом в розетку — тускло-серо-голубым».

Удивительна способность ШМ изменять форму. Если сферичность обеспечивается силами поверхностного натяжения, то можно ожидать изменений ШМ, связанных с капиллярными осцилляциями возле равновесной сферической формы, или изменений при нарушении устойчивости ШМ, то есть перед разрядом на проводник или перед взрывом, что, собственно говоря, и отмечается в наблюдениях очевидцев. Но, как ни странно, чаще наблюдаются взаимопревращения ШМ из сферической формы в ленточную и обратно. Вот два примера таких наблюдений.

Наблюдатель Мысливчик Е. В., 1929 год:
«Из соседней комнаты выплыл серебряный шар диаметром примерно тринадцать сантиметров, без какого-либо шума вытянулся в „толстую змею“ и проскользнул в дыру для болта от ставни на двор».

Наблюдатель Ходасевич Г. И., 1975 год:
«После близкого разряда молнии в комнате возник огненный шар диаметром около сорока сантиметров. Медленно, в течение примерно пяти секунд, вытянулся в длинную ленту, которая улетела через форточку на улицу».

Видно, что ШМ вполне уверенно чувствует себя в ленточной форме, которую принимает при необходимости пройти через узкое отверстие. Это плохо укладывается в представление о поверхностном натяжении как о главном факторе, определяющем форму. Такого поведения можно было бы ожидать при малом коэффициенте поверхностного натяжения, но ШМ сохраняет форму и при движении с большой скоростью, когда аэродинамическое сопротивление воздуха деформировало бы сферу, если бы силы поверхностного натяжения были слабыми. Впрочем, наблюдатели сообщают и о весьма разнообразных формах, которые принимает ШМ, и о колебаниях поверхности.

Наблюдатель Кабанова В. Н., 1961 год:
«В комнате, перед закрытым окном, я заметила висящий светящийся голубой шар диаметром около восьми сантиметров, он менял свою форму, как меняет форму мыльный пузырь, когда на него дуют. Он медленно поплыл в сторону электророзетки и в ней исчез».

Наблюдатель Годенов М. А., 1936 год:
«Я увидел, как по полу прыгает, удаляясь в угол сеней, огненный шар размером чуть меньше футбольного мяча. С каждым ударом о пол этот шар будто сплющивался, а потом снова принимал круглую форму, от него отскакивали и тут же исчезали маленькие шарики, а шар становился все меньше и, наконец, исчез».

Таким образом, теоретические модели шаровой молнии должны учитывать изменчивость ее свойств, что существенно усложняет проблему. А как обстоит дело с экспериментом?

Нечто круглое и светящееся

За последние годы в этом направлении кое-что сделано. Во всяком случае, нечто шарообразное и светящееся нужного размера удалось получить, причем нескольким группам исследователей независимо друг от друга. О тех или иных свойствах вопрос пока не ставился: тут вообще бы получить что-то типа ШМ.

Во Владимирском государственном университете, под руководством профессора В. Н. Кунина, который пытался в лабораторных условиях воспроизвести разряд, подобный молнии по силе тока, стабильно получали из разрядной плазмы, образующейся при электровзрыве медной фольги, светящиеся шарообразные объекты диаметром 20–30 см, со временем жизни около одной секунды. Г. Д. Шабанов (Петербургский институт ядерной физики РАН) стабильно производит светящиеся шары с тем же временем жизни при существенно меньших токах и на совсем простом оборудовании. В Санкт-Петербургском госуниверситете этим успешно занимались С. Е. Емелин и А. Л. Пирозерский. Но во всех случаях время жизни подобных объектов — около секунды, а их полная энергия ничтожно мала: ее не хватает даже для того, чтобы прожечь газету. Реальная ШМ может убивать людей и животных, со взрывом рушить дома, ломать деревья, вызывать пожары.

То, что получается во всех этих экспериментах, конечно, не ШМ, но что-то похожее. Эти объекты принято называть «долгоживущими плазменными образованиями». Долгоживущие они по сравнению с обычным ионизированным воздухом, который при этом объеме прекратил бы свечение за микросекунды.

Рождение и смерть

Среди 5315 ранее неизвестных описаний ШМ, собранных в Ярославском государственном университете им. П. Г. Демидова А. И. Григорьевым и С. О. Ширяевой, в 1138 случаях очевидцы видели таинство рождения ШМ. Различные варианты рождения встречаются с вероятностью: около 8% — в канале разряда линейной молнии; с той же вероятностью — в месте удара линейной молнии; в облаках — 4%; на металлическом проводнике — 66%; просто наблюдение зарождения вроде бы «из ничего» — 13%.

По тому же массиву данных мы оценили вероятности реализации различных путей исчезновения шаровой молнии. Получились следующие цифры: в примерно 40% случаев — она просто ушла из поля зрения; в 26% ее существование окончилось самопроизвольным взрывом; в 8% она ушла (разрядилась) в землю; в 6% — ушла в проводник; с такой же вероятностью она рассыпается на искры; в 13% тихо гаснет; а в 1% описаний из-за неосторожности очевидца существование шаровой молнии заканчивалось спровоцированным взрывом.

Интересно сравнить статистические данные о том, как прекратилось существование ШМ для тех из них, что возникли на проводниках (а таких в нашем собрании набралось 746 штук), с данными, в которых селекция по месту зарождения не сделана. Оказывается, что ШМ, зародившаяся на проводнике, заметно реже кончает свое существование взрывом, а чаще уходит в проводящую среду или тихо гаснет. Вероятности, с которыми это происходит, следующие: в 33% случаев — она уходит из поля зрения; в 20% существование окончилось самопроизвольным взрывом; в 10% она ушла (разрядилась) в землю; в 9% ушла в проводник; в 7% рассыпалась на искры; в 20% тихо погасла; в 1% — спровоцированный взрыв.

Возможно, что шаровые молнии, зародившиеся на проводниках, имеют меньшую энергию и больший электрический заряд, чем порожденные непосредственно линейной молнией, но расхождение в полученных численных значениях может происходить от малой статистики и разброса условий наблюдения. Но для шаровой молнии, появившейся в помещении из телефона или розетки, вероятность снова уйти в проводник или в землю больше, чем для ШМ, родившейся в облаке или в канале разряда линейной молнии и летящей по ветру.

Искры, нити и зерна

С вопросом о внутреннем строении шаровой молнии естественно обратиться к людям, видевшим ее вблизи, на расстоянии порядка метра. Таких около 35%, примерно в половине случаев очевидцы сообщают о внутренней структуре — и это при том, что ШМ имеет весьма дурную репутацию. Можно понять, почему очевидцы не всегда в состоянии ответить на столь простой вопрос: при неожиданном появлении опасной гостьи не каждый захочет и сумеет заняться скрупулезными научными наблюдениями. Да и не всегда, по-видимому, внутри ШМ удается что-либо разглядеть. Тем не менее вот два примера.

Наблюдатель Лиходзеевская В. А., 1950 год:
«Я оглянулась и увидела ослепительно-яркий шар величиной с футбольный мяч кремового цвета. Он был похож на клубок ярких ниток или, скорее, на сплетение тонкой проволоки».

Наблюдатель Журавлев П. С., 1962 год:
«В полутора метрах я увидел белый шар 20–25 сантиметров, висевший на высоте полутора метров. Он светился, как лампочка в 15 Вт. Шар казался состоящим из шевелящихся маленьких бело-красноватых искорок».

В описаниях, упоминающих внутреннюю структуру шаровой молнии, можно выделить наиболее часто повторяющиеся элементы — хаотически движущиеся световые точки, светящиеся переплетенные линии, маленькие движущиеся и светящиеся шарики. Если сопоставить эти данные с сообщениями о том, что ШМ при внешних воздействиях рассыпается на искры и шарики, то представления о шариках и искрах (микрошариках) как об элементарных кирпичиках, из которых состоит ШМ, получают дополнительное подтверждение. Остается неясным, какие силы удерживают вместе эти «кирпичики», не давая им разлететься, но не мешая им свободно перемещаться в объеме шаровой молнии, и как происходит ее распад на элементарные шарики при ударе.

Совсем загадочные случаи — прохождение шаровой молнии сквозь стекло, после которого не остается отверстия. Таких наблюдений немного, среди 5315 описаний, собранных нами, их всего лишь 42. Есть подобные описания и в литературе, причем среди наблюдателей были и пилоты самолетов, и сотрудники метеостанций; иногда наблюдателей было несколько. Может быть, ШМ не проходит сквозь стекло, а ее электрическое поле вызывает возникновение подобного объекта по другую сторону стекла?

Расчет по наблюдениям

Шаровую молнию примерно в 5% случаев видят падающей из грозовых облаков, в 0,5% видят поднимающейся к облакам, а в 75% наблюдений она плывет в атмосфере. Напрашивается вывод, что она может быть как легче воздуха, так и тяжелее, но в большинстве случаев ее плотность приблизительно та же. Однако на плавучесть шаровой молнии влияет не только сила Архимеда, как на воздушный шар. Известно, что она может менять направление движения, гнаться за подвижными объектами, убивать людей и животных электрическим зарядом. Вот два примера.

Наблюдатель Креловская К. М., 1920 год:
«Вечером я гуляла и побежала в сторону деревни, собака за мной. Тут раздался грохот грома, и вслед за нами помчался маленький блестящий шарик. Через несколько секунд шар нагнал собаку, коснулся ее, раздался оглушительный треск. Собака упала. Шкура на ней обуглилась».

Наблюдатель Красулина М., 1954 год:
«В дом влетел огненный шар около 30 сантиметров в диаметре, яркий, как лампочка в 100 Вт. Ударился в зеркало, которое висело напротив окна, отскочил от него и попал в грудь молодой женщины. Она тут же умерла».

Итак, у шаровой молнии есть электрический заряд, она двигается в приземном электрическом поле, напряженность которого в ясную погоду такова, что разность потенциалов между подошвами ног и головой человека составляет около 200 вольт. В грозовую погоду напряженность увеличивается примерно в 100 раз. Из сказанного следует, что на ее движение влияют электрические поля. И в самом деле, с вероятностью примерно 4% ее видят двигающейся вдоль проводов электричества.

Добавив к этим соображениям представления об устойчивости заряженной поверхности жидкости и критериях электрического пробоя атмосферы, мы получили возможность оценить величину заряда шаровой молнии, которая оказалась порядка единиц микрокулонов. Много это или мало? Во всяком случае, электрической энергии, запасаемой в шаровой молнии при таком заряде, достаточно, чтобы убить человека. Проведенные расчеты показали, что шаровые молнии, возникающие у поверхности земли, имеют большие электрические заряды, чем возникающие в грозовых облаках.

Из приведенных выше соображений удалось оценить и другие свойства ШМ. Так, плотность ее вещества отличается от плотности воздуха примерно на 1%, а поверхностное натяжение приблизительно такое же, как у воды. Также удалось выяснить, что все свойства шаровой молнии связаны между собой и что ее радиус не может быть больше метра. Все сообщения о многометровых радиусах ошибочны; такие размеры всегда выводятся из оценок угла, под которым светящийся объект наблюдают издали, а при этом неизбежна большая ошибка.

Выжившие

Контакт с шаровой молнией бывает и не смертельным, однако такие случаи крайне редки. Вот два примера.

Наблюдатель Васильева Т. В., 1978 год:
«Одновременно с грохотом близкого разряда молнии на выключателе появился светящийся шар величиной с человеческую голову и загорелся выключатель. У меня мелькнула мысль, что если загорятся обои, то сгорит и наш деревянный дом. Я с размаху ударила ладонью по шару и выключателю. Шар сразу же распался на множество мелких шариков, упавших вниз. На оставшейся половине выключателя появился огненный шарик величиной с кулак. Через секунду этот шарик исчез. Рука у меня сгорела до кости».

Наблюдатель Базаров М. Я., 1956 год:
«От заслонки трубы на подушку упал неяркий красный шар размером с мяч 25 сантиметров. Он медленно скатился по подушке на шерстяное одеяло, которым я был укрыт. Мать, увидев это, голыми руками стала его забивать. От первого удара шар рассыпался на множество мелких шариков. За считаные секунды, ударяя по ним ладонями, мать загасила их. Ожогов у нее на руках не осталось. Только с неделю пальцы ее не слушались».

Свидетельства уникальные — подобных случаев известно совсем немного. Чаще всего шаровая молния на попытки прикоснуться к ней отвечает электрическим разрядом либо взрывом. И в том, и в другом случае последствия могут быть летальными.

Кто слушал и кто рассказывал

Основной источник новой информации о шаровой молнии — описания очевидцев ее появления в естественных условиях. Насколько востребован этот источник информации?

В мировой практике сбор описаний шаровой молнии дело не новое, достаточно вспомнить Франсуа Араго (1859), Вальтера Бранда (1923), Дж. Ранда Мак-Нэлли (1960), Уоррена Рейли (1966), Джорджа Эджели (1987). Но во всех случаях речь шла о десятках и сотнях описаний. Только в Японии, где шаровая молния расценивается как мистический объект, Оцуки Ёсихико в конце прошлого века собрал около трех тысяч описаний.

В СССР собирать описания шаровых молний с целью получения новых сведений об этом непонятном феномене начал И. П. Стаханов (1928–1987), профессионально занимавшийся плазмой. Еще раньше это попытался сделать И. М. Имянитов (1918–1987), областью интересов которого было атмосферное электричество; он написал книгу о шаровой молнии, но не довел до логического завершения идею анализа данных, которые сообщают наблюдатели. И. П. Стаханов первым начал систематическую обработку свидетельств очевидцев — у него был массив в полторы тысячи описаний. Полученные данные он обобщил в своих книгах. Мы занялись сбором сообщений о шаровых молниях лет на десять позже него, но собрали около шести тысяч описаний и применили компьютерную обработку данных.

Поиск очевидцев появления ШМ в естественных условиях, сбор информации и подготовка этой информации, рыхлой, расплывчатой и неточной, к обработке — это наиболее времязатратная и психологически трудоемкая часть нашей работы. Респонденты часто сообщают о трагических событиях, которым невозможно не сопереживать. Обработка полученной информации на компьютере — работа непродолжительная и приятная часть. Далее мы пишем популярную статью о ШМ для газеты или научно-популярного журнала, а в конце даем контактный адрес для очевидцев. Через полгода-год начинают приходить письма. Авторам мы отсылаем анкету с вопросами, затем сравниваем ответы с данными, сообщенными в первом письме. Разброс бывает значительный, это позволяет оценить достоверность сообщений. Из средств массовой информации данных не берем, их достоверность низка.

А можно ли верить информации о свойствах ШМ, полученной от очевидцев? Типичная реакция на появление шаровой молнии — страх. Психологи утверждают, что необычные, опасные, яркие явления запоминаются хорошо и надолго, но часто в искаженном виде. С таким эффектом регулярно приходится сталкиваться следователям, опрашивающим свидетелей трагических происшествий. Свидетели, одновременно наблюдавшие событие, дают различные, часто взаимоисключающие описания происшествия, но любой из них готов поклясться в истинности своих показаний. Что же, подобные помехи приходится учитывать.

Кажется, что достоверность информации, получаемой от очевидца, должна зависеть от его образования, возраста, времени, прошедшего с момента события, от пола. Как ни странно, это оказалось не так. С самого начала статистической обработки мы задались вопросом: кто наши респонденты? Прежде всего нас интересовали их возраст и образование. Выяснилось, что в момент наблюдения только 34% очевидцев были младше 16 лет, 21,5% имели высшее образование, 30,8% — среднее, 14% — восьмилетнее, остальные — начальное. Мы обсчитали по отдельности данные, полученные у всех этих групп, и, к своему удивлению, обнаружили, что независимо от возраста и образования при усреднении по каждой группе описываемые шаровые молнии выглядят одинаково.

Психологи нас предупреждали, что необходимо с осторожностью относиться к информации, получаемой от женщин, так как женское восприятие отличается повышенной эмоциональной окраской и часто искажает сведения, которые они сообщают. Среди наших респондентов представительниц прекрасного пола оказалось 51,2%. Но сравнение их рассказов с рассказами мужчин продемонстрировало независимость среднестатистической информации от пола респондентов.

В одном наши ожидания оправдались: данные, полученные от людей, не видевших лично шаровой молнии, но сообщавших о ней со слов очевидцев (а таких набралось примерно 8%), отличались от тех, которые дают сами очевидцы. В этой группе респондентов каждый двадцатый сообщил о трагическом случае, произошедшем по вине ШМ, и каждый пятнадцатый — о взрывах, приведших к разрушениям. Среди непосредственных очевидцев о несчастных случаях написал только каждый сотый, а о разрушениях — каждый восемьдесят пятый. Это естественно — рассказ с большей вероятностью будут пересказывать, если он поражает и запоминается. В остальном люди, сами не видевшие шаровой молнии, описывают ее так же, как «Советский энциклопедический словарь» или учебник физики для девятого класса школы: схематично, без указания деталей. Что лишний раз подтверждает справедливость пословицы: «Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать».

Вот, пожалуй, и все, что можно рассказать в рамках журнальной статьи. Главный вывод для исследователей этого явления природы: шаровые молнии разнообразны и крайне изменчивы, что необходимо учитывать при моделировании. Как говорил один выдуманный литературный классик, «понять — значит упростить». Но и в сложности реальных феноменов есть особая притягательность.

Шаровая молния проблемы и последствия. Необычные природные явления.

Природа не перестает хранить свои тайны и подкидывать человечеству новые загадки. Одной из них на протяжении многих столетий остается шаровая молния. Первое упоминание этого явления относят ещё к 6 веку.

Особенности шаровой молнии

Шаровая молния это шар (овал или груша), состоящий из природного электричества и имеющий яркое свечение. Свет от шаровой молнии сопоставим со стоваттной лампочкой. Он в основном оранжевых и красных оттенков, хотя могут наблюдаться примеси и других цветов. Бывает, что молния меняет свой цвет в процессе наблюдения за ней, но чаще все-таки остается однородной.

Физические параметры и характеристики:

• Размеры шара могут колебаться от 5 до 30 сантиметров,
• Температура внутри него может достигать 1400 градусов по Цельсию,
• Скорость движения шаровой молнии невелика, около 1м/с,
• Вес шара около 7 грамм.

Очевидцы утверждают, что вести себя шаровая молния может по-разному. Зачастую она просто исчезает через несколько секунд после появления, но бывали случаи, например, взрыва шара и повреждения им различных предметов. Иногда молния словно нападает на человека, как будто целенаправленно причиняя ему травмы. При этом, если наступает смерть, труп некоторое время не разлагается, что является ещё одним необъяснимым фактом.

Некоторые исследователи говорят, что при встрече с шаровой молнией нельзя совершать резких движений, чтобы не провоцировать её на атаку. Она может просто спокойно проследовать мимо человека, никак не отреагировав на него.

Долгое время возникновение шаровых молний связывали с грозой, но было замечено, что она может появиться и в хорошую погоду. Вообще выделяется уже более сотни теорий о природе и происхождении этого явления. Наиболее разработанной считается версия о том, что шаровая молния – это случайно объединившиеся частицы углерода. Такая структура имеет низкую плотность и большую поверхность, что дает ей возможность передвигаться в воздухе. В условиях научного эксперимента ученым удавалось получить подобные явления весьма различными способами, но они существовали недолго и только в условиях лаборатории. Соответственно, процесс изучения опирается во многом лишь на свидетельства очевидцев, которые зачастую бывают противоречивыми и даже ложными. Появившиеся в последнее время фотографии и видео с шаровыми молниями, очень низкого качества и не могут использоваться в научных целях. И все же окончательных объяснений всех загадок этого явления до сих пор не получено.

Что может защитить от шаровой молнии?

Как видим шаровая молния активизируется на движущиеся или работающие механизмы. И если рядом с вашим жилищем установлен к примеру — ветрогенератор, то есть шанс, что шаровая молния в первую очередь обратит внимание на него 🙂

странных, загадочных, озадачивающих и смертоносных

Примеры шаровой молнии — светящиеся электрические шары в небе — очаровывали и загадывали нас на протяжении веков. Причудливое явление, также известное как глобусная молния, обычно появляется во время грозы в виде парящей сферы, цвет которой может варьироваться от синего до оранжевого и желтого, и исчезает в течение нескольких секунд. Иногда это сопровождается шипением и резким запахом.

Молния — это электрический разряд, вызванный положительным и отрицательным дисбалансом внутри самих облаков или между грозовыми облаками и землей.Вспышка молнии может нагреть воздух вокруг себя до температуры, в пять раз превышающей температуру поверхности солнца. Тепло заставляет окружающий воздух быстро расширяться и вибрировать, что создает гром.

Насколько реальна шаровая молния?

Одно из первых зарегистрированных наблюдений шаровой молнии произошло в 1638 году, когда «большой огненный шар» прошел через окно английской церкви. Этот и другие ранние отчеты предполагают, что шаровая молния может быть смертельной.

По крайней мере, в одном исследовании была высказана теория, что около половины всех наблюдений шаровых молний — это галлюцинации, вызванные магнитными полями во время штормов.Тем не менее, ученые, похоже, согласны с тем, что шаровая молния реальна, даже если они еще не до конца понимают, что ее вызывает.

Исследователи из Ланьчжоу, Северо-Западного педагогического университета Китая, случайно зафиксировали событие шаровой молнии во время изучения грозы 2012 года с помощью видеокамер и спектрометров. Мяч появился сразу после удара молнии и пролетел горизонтально около 10 метров (33 фута). Спектрометр обнаружил в шаре кремний, железо и кальций, которые также присутствовали в местной почве.

Съемка рождения молнии

Используя одну из самых быстрых камер в мире, исследователь National Geographic пытается запечатлеть рождение молнии. ПРИМЕЧАНИЕ РЕДАКТОРА: вместе со своим сыном Полом и охотником за штормами Карлом Янгом — его давними сотрудниками — исследователь и охотник за штормами Тим Самарас погиб во время торнадо в Эль-Рино, штат Оклахома, 31 мая 2013 года.

Что вызывает мяч молния?

Статья исследователей из Ланьчжоу поддерживает теорию о том, что шаровая молния возникает в результате удара о землю, который вызывает реакцию между кислородом и испаренными элементами из почвы.Этот ионизированный воздух или плазма — это то же состояние, при котором возникает огонь Святого Эльма — стационарное свечение, которое иногда путают с шаровой молнией.

Согласно другой теории, опубликованной в 2012 году, присутствие стекла может генерировать шаровую молнию. Атмосферные ионы могут накапливаться на поверхности окна, создавая электрическое поле на другой стороне, достаточное для генерации разряда. Другое исследование, опубликованное в 2016 году, предполагает, что микроволновое излучение, возникающее при ударе молнии о землю, может заключаться в плазменном пузыре, что приводит к возникновению шаровой молнии.

Шаровая молния также связана с землетрясениями. Редкие вспышки света, которые иногда наблюдаются во время землетрясений, могут принимать разные формы: голубоватое пламя, которое, кажется, исходит из земли на уровне лодыжки; быстрые вспышки яркого света, напоминающие обычные удары молнии, за исключением того, что они исходят от земли, а не от неба; и парящие шары, известные как шаровые молнии. В исследовании источников света при землетрясениях в 2014 году исследователи пришли к выводу, что определенные породы имеют тенденцию выделять электрические заряды при ударе сейсмической волны, вызывая разноцветные световые эффекты.

Стремясь понять, как происходит шаровая молния, ученые попытались ее воссоздать. В 2006 году исследователи из израильского Тель-Авивского университета создали лабораторную версию шаровой молнии с использованием микроволнового луча. В 2018 году квантовые физики продемонстрировали синтетическое узловое магнитное поле, которое отражает и, возможно, помогает объяснить шаровую молнию.

Но, несмотря на все эти исследования и лабораторные эксперименты, шаровая молния по-прежнему не может быть прижата. Ученые говорят, что им нужно многое узнать об этом загадочном явлении.

Периодически слышу рассказы о шаровых молниях. Это явление действительно существует? Может ли плазменный шар оставаться стабильным в течение нескольких секунд, как утверждают некоторые исследователи?

Шаровая молния может быть более экзотической, чем искры микроволновых печей, но большинство ученых убеждены, что она не менее реальна. Мартин Анатольевич Умань, председатель кафедры электротехники в Университете Флориды в Гейнсвилле объясняет:

«Шаровая молния — это хорошо задокументированное явление в том смысле, что его видели и постоянно описывали люди из всех слоев общества со времен древних времен. Греки.Не существует общепринятой теории причин этого. Он не обязательно должен состоять из плазмы; например, шаровая молния может быть результатом хемилюминесцентный процесс. Литература изобилует размышлениями о физике шаровой молнии ».

Питер Х. Гендель в факультет физики и астрономии Университета Миссури в Сент-Луисе представил подробный обзор и предложил свою любимую модель шаровая молния:

«Согласно статистическим исследованиям, проведенным Дж.Р. МакНелли в 1960 г. (Дж. Р. МакНелли, «Предварительный отчет о Болле»). Молния »в Протоколах второго ежегодного собрания Отделения физики плазмы Американского физического общества , Гатлинбург, No. 2AD5 [1960], Paper J-15, pp. 1AD25), шаровые молнии видели 5 процентов населения Земли. Этот процент примерно такой же как часть населения, которая видела обычный удар молнии с близкого расстояния, то есть достаточно близко, чтобы видеть прямую точку удар молнии.

«Шаровую молнию видели и описывали с древних времен, часто группами людей, и регистрировали во многих местах. описывается как светящаяся сфера, чаще всего размером с голову маленького ребенка. Обычно появляется во время грозы, иногда в течение нескольких секунды молнии, но иногда без видимой связи с молнией. В некоторых случаях шаровая молния появляется после грозы — или даже до этого. Его время жизни варьируется от нескольких секунд до нескольких минут; средняя продолжительность — около 25 секунд.Время жизни шаровая молния имеет тенденцию увеличиваться с увеличением размера и уменьшаться с увеличением яркости. Шарики, которые выглядят отчетливо оранжевыми и синими, кажутся дольше, чем в среднем. Многие из этих общих характеристик основаны на работах А.И.Григорьева, проанализировавшего более 10 тысяч случаев шаровой молнии (А.И. Григорьев, «Статистический анализ свойств шаровой молнии», в Наука о шаровой молнии , под редакцией Я. Х. Оцуки, World Scientific Publishing Co., Сингапур, 1988 г., стр.88AD134).

«Шаровая молния обычно движется параллельно земле, но совершает вертикальные прыжки. Иногда это спускается с облаков, в других случаях он внезапно материализуется в помещении или на улице или входит в комнату через закрытое или открытое окно, через тонкие неметаллические стенки или через дымоход. Проходя через закрытые окна, шар молнии повреждает их маленькими дырочками. примерно в одной трети случаев. Шары не обладают заметным эффектом плавучести. Все эти атрибуты привели великий русский физик Петр Капица в 1955 году. интерпретировать шаровую молнию как безэлектродный разряд, вызванный стоячими волнами УВЧ неизвестного происхождения, присутствующими между землей и землей. облако; более ранние версии этой идеи относятся к 1930-м годам.

«Ученые с тех пор уточнили предположение Капицы. Теория мазера-солитона, который я впервые описал в 1975 году (П. Х. Гендель, «Мазерная теория шаровой молнии» в бюллетене Американского физического общества Series II, Vol. 20 [1975], № 26), представляет собой современную версию метода разряда УВЧ. Я руководил исследованиями теории мазеров-солитонов в Курчатовский научный центр в Москве с 1992 года. Согласно этой теории, наружная шаровая молния вызывается атмосферным мазером — аналогично. к лазеру, но работающий с гораздо меньшей энергией — имеющий объем порядка многих кубических километров.

«Технически мазер генерируется инверсией населенностей, индуцированной во вращательных энергетических уровнях молекул воды коротким импульсом поля, связанным с полосой молния. Большой объем воздуха, на который воздействует удар, затрудняет выход фотонов до того, как они вызовут микроволновое усиление. вынужденным излучением »(мазерный эффект). Если объем воздуха не очень велик или не заключен в проводящую полость (как в случае шаровой молнии в самолетах или подводных лодках и в определенной степени также в помещении), столкновения между молекулами будут поглощать всю энергию инверсия населения.Если объем большой, мазер может генерировать локализованное электрическое поле или солитон, который дает начало наблюдаемому шару. молния. Однако такой разряд в лаборатории еще не создан.

«Теория мазера-солитона подтверждается тремя хорошо известными факты. Во-первых, шаровая молния никогда не возникает на острых горных вершинах, высотных зданиях и других высоких точках, привлекающих молнии и используемых. для исследования молний специалистами по атмосферному электричеству.(Исследователь молний Карл Бергер сказал мне, что всю жизнь регистрировал и измерял сотни тысяч разрядов молний, ​​поражающих его лабораторию на вершине горы Сальваторе в Лугано, Италия, без единого следа шара. молнии.) Невозможность наблюдать шаровую молнию в таких условиях привела к повсеместному разочарованию и даже скептицизму по поводу реальности явление. Но на самом деле импульс поля молнии, поражающей высокие остроконечные объекты, локализован в узком конусе, который охватывает относительно небольшой объем.Согласно теории мазера-солитона, эта среда исключает мазерный эффект. С другой стороны, когда молния ударяет равнины, результирующий импульс поля огромен: около 10 километров в ширину и три километра в высоту. Таким образом, шаровая молния хранит свои секреты: она посещает фермер и избегает ученого!

«Во-вторых, шаровая молния безвредна внутри самолетов и подводных лодок или в домах с проводящим каркасом. Опять же, согласно теории мазера-солитона, энергия мазера в таких условиях ограничена примерно 10 джоулями (в отличие от предела в 10 ⁹ до 10 ¹⁰ джоулей на открытом воздухе), слишком мало, чтобы представлять опасность для жизни.

«И третья, шаровая молния под открытым небом часто. заканчивается сильнейшим взрывом, иногда причиняющим значительный ущерб. Взрыв особенно странен, потому что он сильно смещает проводящие объекты в большей степени, чем диэлектрики. Например, электрические соединительные коробки иногда извлекают из стен домов с помощью уличная шаровая молния и брошенная посреди улицы. Теория мазера-солитона предсказывает, что такой всплеск произойдет, когда нагрузка внезапно исчезает.(Когда разряд, поглотивший генерируемые мазером фотоны, внезапно исчезает, эти фотоны становятся живыми. дольше и мгновенно размножаться, не ограничиваясь мазерным эффектом. Это распространение вызывает еще большую мгновенную лавину фотонов и практически мгновенный экспоненциальный рост электрического поля. Увеличение происходит слишком быстро, чтобы вызвать электрический пробой или нагрев, но может вызвать очень большие «пондеромоторные силы» — механические эффекты, которые могут разрывать составные объекты с различными диэлектрическими постоянными.)

«Новаторские эксперименты Оцуки и Офурутона с шаровой молнией УВЧ-разряда в Японии (Я. Х. Оцуки и Х. Офурутон,« Плазма Огненные шары, образованные микроволновым излучением в воздухе »в Nature Vol. 350 (1991), стр.139) и вышеупомянутые исследования в Курчатове. в Москве (В. А. Жильцов, C9. А. Маныкин, Е. А. Петренко; и А. А. Сковорода, Дж. Ф. Лейтнер, П. Х. Гендель, «Пространственно локализованное микроволновое излучение. Разряд в атмосфере », в сб. ЖЭТФ Vol.81 [1995], стр. 1072-81) помогли решить загадку с шаровой молнией. Теперь, когда мы кажется, понимают истинную природу шаровой молнии, особенно прискорбно, что в США нет средств на исследования и исследования. контролируемое воспроизведение этого увлекательного явления.

«Центром исследований шаровых молний станет Пятый международный симпозиум. «Шаровая молния» 26-29 августа 1997 г., организованная Я. Х. Оцуки и Х. Офурутон из Токийского столичного колледжа воздухоплавания. Инжиниринг (для информации отправьте письмо по адресу ofuruton @ kouku-k.ac.jp). Я буду сша представитель шаровой молнии в Международном комитете; Со мной можно связаться по адресу [email protected] «

---

Научное сообщество все больше растет. убежден, что шаровая молния — реальное явление (хотя остаются некоторые скептики). С другой стороны, что может вызвать шаровую молнию, так это источник постоянных споров. Ранее мы выдвинули вышеупомянутую теорию. Джон Лоук, физик плазмы из Института промышленных технологий CSIRO, в Австралии, предлагает другую теорию об этом явлении:

«Хотя есть по крайней мере один учебник по молнии, который ставит под сомнение существование шаровой молнии, и я никогда не видел это явление лично, я чувствую, что нет никаких сомнений в том, что шаровая молния существует.Я говорил шести очевидцам этого явления и думают, что нет никаких разумных сомнений в достоверности их наблюдений. Кроме того, отчеты все они удивительно похожи и имеют общие черты с сотнями наблюдений, которые появляются в литературе.

«Шаровая молния обычно описывается как светящийся шар диаметром от 1 до 25 сантиметров, имеющий интенсивность 20-ваттной лампы накаливания; феномен обычно возникает после удара молнии.Он почти всегда движется, развивает максимальную скорость около трех метров в секунду и плавает на высоте примерно одного метра над уровнем моря. земля. Движение может противоречить преобладающему ветру и может беспорядочно менять направление. Шаровая молния может длиться до 10 секунд, после чего мяч гаснет либо бесшумно, либо с треском. Было много наблюдений за шаровой молнией внутри домов и даже в самолеты. Также был проведен ряд наблюдений за шаровой молнией, проходящей через закрытые стеклянные окна, без видимых повреждений. стекло.Обычно заметного тепловыделения не наблюдается, хотя недавнее наблюдение показало, что деревянная доска обгорела. Несколько человек сообщили о запахе озона и оксидов азота, связанном с шаровой молнией, а также статическим электричеством в транзисторных радиоприемниках.

«Ученые имеют десятилетиями пытались сформулировать правдоподобное объяснение существования стабильного плазменного шара. Горячий шар плазмы должен подняться как горячий воздух воздушный шар, но наблюдения обычно не сообщают о таком поведении.Почему такой мяч движется, как правило, против ветра? Какой источник энергии поддерживает шар молнии, учитывая, что можно было бы ожидать, что такой шар будет быстро уменьшаться в интенсивности?

«Были сотни бумаг, и как минимум три книги, посвященные шаровой молнии. Большинство теорий поднимают больше вопросов, чем претендуют на то, чтобы их решить. Вероятно, самая известная теория была выдвинут российским лауреатом Нобелевской премии Петром Капицей, который утверждал, что шаровая молния вызывается стоячей волной электромагнитного излучения. радиация.Но почему должна быть стоячая волна электромагнитного излучения? Другие теории утверждают, что мяч имеет множество источников энергии. молния, включая атомную энергию, антивещество, горящий материал или электрическое поле облака.

«Общепринятой теории шаровая молния. У меня есть собственная теория, опубликованная в журнале Journal of Physics D: Applied Physics , («Теория шаровой молнии как электрического Разряд »в т. 29, № 5, стр. 1237-1244; май 1996 г.).Я предполагаю, что шаровая молния питается от электрического поля, связанного с рассеянием заряды в земле после удара молнии. Движение мяча контролируется скоростью электрического заряда, когда он рассеивается в заземление после начального периода электрического «пробоя», произошедшего в момент удара. В своей статье я предполагаю, что этот разряд похож на к коронному разряду (как это происходит вокруг высоковольтных трансформаторов) и состоит из последовательности электрических импульсов, которые происходят на микросекундная шкала времени.

Шаровая молния такая странная, что может исходить из другого измерения

Таинственные парящие светящиеся шары веками озадачивали ученых, вдохновляя на бесконечные творческие объяснения. Новая идея предполагает, что они не совсем из этого мира

Физика 21 Октябрь 2020

Эрик Канан

Патрик Леже

ON Летним днем ​​в начале 1980-х годов подросток сидел в своей спальне и смотрел, как послеобеденная гроза накатывает на приморский пейзаж недалеко от Рима.Внезапно в углу комнаты внезапно появилась светящаяся сфера размером с футбольный мяч. Не издавая ни тепла, ни запаха, он парил примерно в метре перед ним и немного над его головой. Мальчик был ошарашен. Шар был темно-желтым, полностью непрозрачным, с тонкой поверхностью, состоящей из слоистых слоев медленно мерцающего света. Он парил там около 10 секунд, прежде чем исчез так же бесшумно, как и появился. Он даже не успел испугаться.

Андреа Айелло по-прежнему восхищается тем, что он видел в детстве — и теперь, будучи физиком-теоретиком в Институте науки о свете Макса Планка в Германии, он развивает свои собственные представления об этом.Наиболее вероятное объяснение заключается в том, что он стал свидетелем шаровой молнии, редкой формы атмосферного электричества, которая может плавно парить над землей внутри или снаружи зданий и даже проходить через закрытые окна. Ученые всего мира серьезно относятся к этому явлению, но не в состоянии его объяснить, воспроизвести или достоверно задокументировать.

Есть много гипотез, но мало уверенности. Некоторые считают, что происхождение этого явления кроется в разряде мощных грозовых разрядов.Другие думают, что это могло быть вызвано самими ударами молнии. Некоторые считают, что это беспорядочный клубок линий электромагнитного поля, блуждающих по Земле в одиночку. По крайней мере, пока что ни одна из этих идей не может объяснить всего, что, по-видимому, делает шаровая молния. Не пора ли рассмотреть более экзотические альтернативы? …

Странный феномен «шаровой молнии» получил новое поразительное объяснение

Что касается загадок природы, шаровая молния — одна из самых загадочных.Кажется, что существует столько же потенциальных объяснений, сколько и наблюдений, но, несмотря на десятилетия интенсивного интереса, ни одно из них не является явным победителем.

Одна из самых странных гипотез утверждает, что эти светящиеся шары — не что иное, как свет, заключенный внутри сферы из разреженного воздуха. В новом документе к предложению добавлены новые детали, а также установлены физические параметры того, на что может быть похож такой световой пузырь.

На протяжении веков люди записывали сообщения о сферах света размером с виноградный плод, медленно движущихся на небольшом расстоянии над землей, часто во время грозы, сохраняющихся около 10 секунд, прежде чем тихо исчезнуть.

Иногда бывает один или два дополнительных эффекта. Говорят, что некоторые проходят через стеклянную панель закрытого окна. Другие могут с треском выйти наружу или даже оставить после себя запах серы, когда они исчезнут.

Более десяти лет назад Владимир Торчигин из Российской академии наук пришел к выводу, что атмосферное явление, которое мы называем шаровой молнией, вовсе не молния, а скорее фотоны, рикошетирующие внутри воздушного пузыря, созданного ими самими.

Однако, чем бы ни была шаровая молния, в истории хватает свидетельств очевидцев.

Однако отделить миф от фактов непросто, и в прошлом к ​​ним относились с большой долей скептицизма. Сегодня исследователи проявляют осторожный оптимизм в отношении того, что, вероятно, во множестве наблюдений что-то есть.

В 1970-х годах исследователь шаровых молний Стэнли Сингер предположил, что существует три основных особенности, которые должна учитывать любая успешная модель, объясняющая это явление; продолжительность шаровой молнии, ее плавающее движение и ее внезапное исчезновение.

Всего несколько лет назад предполагаемое событие, связанное с шаровой молнией в Китае, было случайно зафиксировано на спектрографе после удара молнии в землю, что позволило исследователям увидеть разбивку ее электромагнитного спектра.

Исследования подтверждают объяснение инженера Кентерберийского университета Джона Абрахамсона, который предположил, что светящийся воздух может быть результатом испарения материала земли, выталкиваемого ударной волной воздуха.

Другие предложения представляют облака ионов, отталкивающих заряды, которые собираются на изоляторе, таком как стеклянный лист, обеспечивая основу для длительного срока службы, а также для дрейфующих и «подпрыгивающих» движений.

Идея Торчигина настолько же проста, насколько и весьма умозрительна. Это не имеет ничего общего с заряженными ионами, а все связано с интенсивным потоком фотонов, излучаемым яркой вспышкой внутри нашей атмосферы.

Поскольку любая частица поглощает и испускает электромагнитное излучение, возникает отдача, называемая силой Абрахама-Лоренца. Теоретически, свет от удара молнии заставляет частицы воздуха дрожать, поскольку они поглощают и передают электромагнитное излучение.

Эта сила не так уж и впечатляет при большинстве обстоятельств, как даже Торчигин признает, заявляя: «Эти силы чрезвычайно малы для обычных интенсивностей света, и их действие справедливо игнорируется».

Но невероятная сила удара молнии — это не обычная вспышка. Более того, эти оптические силы потенциально могут быть значительно увеличены при правильных условиях.

Эти «правильные условия», по словам Торчигина, включают образование тонкого слоя воздуха, который преломляет свет обратно на себя.

Тонкий слой воздуха, похожий на пленку пузырька, может эффективно фокусировать свет, как линза, усиливая свет достаточно, чтобы выталкивать частицы воздуха в границу и создавать долгоживущий пузырь, концентрируя фотоны на несколько секунд за раз. .

Не все «зародыши» шаровой молнии будут успешными, мгновенно исчезают из-за недостатка света или достаточно закрытой оболочки. Но те, кто действительно торчал поблизости, выглядели бы эффектно, прокладывая захватывающий путь практически через любую прозрачную среду.

Эта идея обсуждалась Владимиром и его коллегой по Российской академии наук Александром Торчигиным в десятках статей на протяжении многих лет.

Последнее обсуждение Владимира этой темы сочетает в себе многочисленные предположения с физическими моделями, чтобы определить плотность света и давление воздуха, необходимые для получения подходящего показателя преломления.

Это может не объяснить некоторые из наиболее жестоких концовок шаровой молнии или спектроскопических наблюдений, подобных тем, что были сняты в Китае, или даже запаха серы.

Но он дает некоторые цифры, которые могут привести к необходимым экспериментам, которые либо исключают гипотезу, либо дают ей эмпирическую основу.

Вполне возможно, что идея Торчигина сама по себе, конечно, пустая болтовня. Но до тех пор, пока у нас не будет консенсуса относительно того, что может быть за этими жуткими светящимися сферами, он останется одним из наиболее интересных претендентов на теорию шаровой молнии.

Это исследование было опубликовано в Optik .

Новое объяснение одного из самых странных явлений в природе: шаровая молния — такие романтичные факты

Фотография Storm Wolf / Flickr

Время от времени при определенных условиях небольшой и примерно сферический кусочек атмосферы вокруг нас на короткое время загорается. Поскольку их лучше всего рассматривать поздно ночью и нет очевидного естественного объяснения, возможно, неудивительно, что они вдохновили богатую мифологию.Имена огненных шаров включают ignis fatuus , блуждающий огонек, призрачные огни и шаровую молнию. Говорят, что они парят над могилами, танцуют на берегах рек, сигнализируют о скором приближении землетрясения и крадутся по проходам самолетов. Даже сегодня у нас нет кристально ясного понимания того, как они формируются и делают то, что делают. Что не означает, что ученые проиграли. В прошлом месяце китайский ученый Х.-К. Ву предложил новое убедительное объяснение в Scientific Reports .

Некоторые огненные шары, похоже, являются продуктом живых организмов. Разложение органического вещества, например, на болотах и ​​других заболоченных территориях (или даже в массовом захоронении в польском лесу) приводит к выбросу метана и фосфорсодержащих газов, таких как фосфин, которые могут самопроизвольно загораться при попадании кислорода в воду. атмосфера, производящая мерцающий свет, висящий в воздухе. Некоторые из них, с другой стороны, имеют электрическое происхождение и образуют искры в земле во время землетрясения, когда напряженные породы выпускают поток электронов на поверхность, где, взаимодействуя с воздухом, они производят вспышки света.Третьи образуются в атмосфере, обычно во время гроз, и называются «шаровой молнией».

Шаровая молния бывает большинства цветов радуги и различается по размеру — от типичного игрушечного мрамора до очень больших мячей для упражнений, на которых некоторые люди сидят вместо офисных стульев. Он может образовываться внутри замкнутых пространств и перемещаться по дымоходам и горизонтально через закрытые окна. Помимо света, шаровая молния может испускать искры и связана с шипением или жужжанием, а также с сильным раздражающим запахом.Обычно он длится всего несколько секунд и светится с силой яркой домашней лампочки. Непредсказуемая и изменчивая природа шаровой молнии затрудняет разработку убедительной теории, объясняющей, как она работает, но свидетельств ее необычности существует множество, и они публиковались веками.

Огромные огненные шары !: Гравюра 1901 года, изображающая шаровую молнию. Wikicommons

Весной 1963 года, например, покойный астроном Роджер Дженнисон летел поздно ночью во время шторма, когда он стал свидетелем появления баскетбольного мяча. шар света вскоре после того, как в самолет ударила молния.Мяч «вышел из кабины пилота и прошел по проходу самолета, — сказал он, — сохраняя одинаковую высоту и курс на всем расстоянии, на котором его можно было наблюдать». В другом случае женщина из Соединенного Королевства сообщила, что она сидела дома, «когда без всякого предупреждения большой оранжевый шар, похожий на большой грейпфрут, но более оранжевый и пушистый по краям, прошел через переднее окно, которое было закрыто и жалюзи тоже закрыты. Он двигался горизонтально примерно на уровне плеч в течение примерно 10 секунд, и сразу же за ним последовал раскат грома прямо над мной, который был настолько громким, что я выскочил из кресла.

Проникновение шаровой молнии в дома через оконные стекла и ее способность развиваться внутри самолета оказались сложными наблюдениями, с которыми трудно справиться. Объяснения того, как образуется шаровая молния, даже более разнообразны, чем ее физические характеристики. Просто некоторые из имеющихся теорий предполагают, что шар — это облако горячих частиц кремния, естественная ядерная реакция, эпилептическая галлюцинация, вызванная молнией, миниатюрная черная дыра, совокупность целлюлозы и других природных полимеров и заполненный микроволновой печью пузырек плазмы.

При случайном разрыве пузыря микроволны могут просочиться наружу и привести к взрыву шарика.

Микроволновые пузыри были главной темой доклада Ву, ученого из Чжэцзянского университета в Ханчжоу, Китай. В то время как исследователи ранее предполагали, что такие пузыри могут быть образованы микроволновым излучением, испускаемым грозовыми облаками или атмосферными мазерами, Ву предполагает, что микроволны вместо этого возникают из пучка электронов, ускоренных до скорости, приближающейся к скорости света, когда на Землю поражает молния.В частности, электроны ускоряются сильным электрическим полем, создаваемым, когда канал электронов ступенчато движется от основания облака к земле, как раз перед яркой вспышкой, известной как молния. «На кончике удара молнии, достигающего земли, — говорит Ву, — может образоваться релятивистский электронный сгусток, который, в свою очередь, возбуждает интенсивное микроволновое излучение».

Независимо от источника атмосферные микроволны производят плазму, заряжая окружающий воздух.Излучение оказывает достаточное давление, чтобы вытолкнуть плазму наружу в пузырь, который мы видим как шаровую молнию. Захваченные внутри микроволны продолжают генерировать плазму и, таким образом, поддерживать пузырь в течение его короткого срока службы. В конце концов шаровая молния затухает, поскольку излучение, удерживаемое внутри пузыря, рассеивается. При случайном разрыве пузыря микроволны могут просочиться наружу и привести к взрыву шарика.

Присутствие микроволн и плазмы как компонентов шаровой молнии может объяснить несколько ее свойств.Например, микроволны могут проходить через стеклянные панели, поэтому окна не закрывают проход шаровой молнии. Микроволны, как правило, издают слышимый шум, когда попадают во внутреннее ухо человека, а производимая ими плазма, в свою очередь, генерирует едкий озон из атмосферного кислорода.

Теорию происхождения микроволн Ву отличает то, что она объясняет, как шаровые молнии могут появляться внутри самолета. Электроны, будучи крошечными по сравнению с атомами, могут проходить через металлическую оболочку самолета после ускорения за ее пределами с помощью удара молнии.Затем электроны излучают микроволны внутри, где они образуют шаровую молнию. Путь электронов, микроволнового излучения и плазмы также объясняет размер шаровой молнии, поскольку длина электронного сгустка, ускоренного ударом молнии, совпадает с типичным диаметром 20-50 сантиметров образующегося микроволнового пузыря.

Как всегда бывает в науке, необходимо проделать большую работу, чтобы подтвердить теорию Ву. Он основан на моделировании частиц, поэтому потребуются эксперименты, чтобы проверить предложенный механизм электронно-микроволнового-плазменного образования шаровой молнии.Это включает в себя поиск хорошего способа создания шаровой молнии с помощью ударов молнии по запросу, а затем поиск высокоскоростных электронов, а также микроволн. Если это так, говорит Ву, теория поднимает важные вопросы об опасностях, создаваемых высокоэнергетическими электронами и микроволновым излучением, генерируемым рядом с людьми, попавшими в грозу.

Крис Друдж — писатель из Канады. Следуйте за ним в Twitter @RosinCerate.

Получите информационный бюллетень Nautilus

Самые свежие и популярные статьи доставляются прямо на ваш почтовый ящик!

Главный снимок любезно предоставлен Storm Wolf через Flickr.

Шаровая молния существует … но что это такое на Земле?

Шаровая молния — одно из самых странных явлений на нашей планете. Обычно во время грозы он выглядит как световой шар размером с грейпфрут с интенсивностью примерно 40 Вт лампочки. Он движется со скоростью около метра над землей и длится около десяти секунд.

Его видели сотни людей на протяжении сотен лет почти в каждой стране мира, но до сих пор остается загадкой.Проще говоря, мы не знаем, что это такое, что дает ему энергию и почему он движется независимо от ветра.

Но мои коллеги и я опубликовали новую статью, которая должна пролить свет на это загадочное явление и приблизить нас на шаг ближе к окончательному пониманию того, что такое шаровая молния.

Яркая история

Моя связь с шаровой молнией началась в 1960-х годах, когда я работал в исследовательских лабораториях Westinghouse в Питтсбурге, США, работая над теорией охлаждающего воздуха, образующегося из электрических дуг в автоматических выключателях.

Рядом с моим офисом находился кабинет физика Мартина Умана, который теперь, написав три учебника по молнии, считается ведущим ученым-молниеносцем в мире.

Однажды, за чашкой кофе, Мартин упомянул, что шаровая молния — одно из очень немногих явлений, которые мы вообще не понимаем, несмотря на то, что их видели сотни, может быть, тысячи людей.

Я ответил, что, по моему мнению, шаровая молния — это просто горячий воздух, образовавшийся в результате удара молнии — шар горячего воздуха был настолько большим, что охлаждался очень медленно, что давало ему время жизни в несколько секунд (а не долю секунды, в которую длится удар молнии. для).

Несколько месяцев спустя Мартин вернулся из одной из своих поездок в Вашингтон с контрактом ВВС США на мое исследование шаровой молнии. Я полагаю, ВВС США были заинтересованы в том, чтобы создать шаровую молнию и использовать ее во Вьетнамской войне, чтобы напугать вьетконговцев!

Но с моей теорией «горячего воздуха» была проблема: горячий воздух поднимается, а шаровая молния обычно не поднимается. В 1969 году, когда срок контракта истек, мы с коллегами пришли к выводу, что мы все еще не знаем, что такое шаровая молния.

Тем не менее, мы написали статью, опубликованную в Журнале геофизических исследований, под названием «К теории шаровой молнии», в которой мы объяснили, что шаровая молния не может быть просто горячим воздухом, потому что горячий воздух поднимается вверх.

Освещение дома

Хотя много случаев наблюдали шаровую молнию на открытом воздухе, ее также видели внутри домов. Фактически, недавний французский обзор 350 наблюдений во Франции выявил гораздо больше наблюдений шаровых молний внутри домов, чем снаружи (181–94).

Возможно, что еще страшнее, шаровая молния была замечена внутри самолетов.

К счастью, шаровая молния, появляющаяся внутри домов и самолетов, кажется безвредной, и о пострадавших не сообщалось. Я слышал один отчет о шаровой молнии в самолете, проходящем прямо через или вокруг стюардессы, когда он летел по центральному проходу самолета.

(Напротив, шаровая молния на открытом воздухе, , была замечена, чтобы инициировать очень разрушительные удары молнии.)

Так как же эти молнии попадают внутрь домов и самолетов? И почему шаровая молния почти всегда движется?

Изображение девятнадцатого века

Люди утверждают, что видели, как шаровая молния проникала в дом через закрытое стеклянное окно, однако последующий осмотр окна не выявил повреждений или даже изменения цвета стекла.

В научных журналах были написаны сотни статей, размышляющих по этим вопросам, по-разному относящих источник энергии шаровой молнии к ядерной энергии, антивеществу, черным дырам, мазерам, микроволнам… вы называете это.

Недавняя теория (помимо нашей) о шаровой молнии, опубликованная в журнале Nature в 2000 году Джоном Абрахамсоном из Кентерберийского университета, Новая Зеландия, состоит в том, что шаровая молния представляет собой шар горящих дендритов (разветвленных выступов) кремниевого пуха, образовавшегося после При ударе молнии материал из земли испаряется.

Но кажется невозможным, чтобы такой механизм мог вызвать шаровую молнию внутри дома или самолета.

Новые и улучшенные

Новая теория шаровой молнии, опубликованная мной и моими коллегами, не похожа ни на одну из предыдущих.

Мы предлагаем, чтобы шаровая молния питалась от ионов (заряженных частиц), образующихся в атмосфере, в частности, от молнии, где столбики ионов длиной в несколько километров образуются от удара молнии и «ступенчатых лидеров» (пути ионизированного воздуха).

Таким образом, шаровая молния не «проходит» через закрытые стеклянные окна, а образуется на внутренней поверхности окна скоплением ионов на внешней поверхности окна.

Накопившиеся ионы на внешней поверхности стекла, которая является электрическим изолятором, увеличивают электрическое поле внутри стекла и могут инициировать ионизацию, то есть создание заряженных частиц.

Заряды противоположного знака по сравнению с теми, которые находятся снаружи окна, будут притягиваться к внутренней части окна, оставляя заряженную сферу плазмы свободной, чтобы отойти от окна. Этот разряд — шаровая молния.

Используя обычные уравнения движения электронов и ионов в электрическом поле, мы смогли предсказать такую ​​шарообразную структуру по потоку ионов, ударяющемуся о стекло.

Таким образом, мы объяснили (как нам кажется) основные загадки шаровой молнии.Источником энергии являются ионы, оставшиеся в атмосфере после удара молнии. Примерно десять секунд жизни шаровой молнии можно объяснить как время, необходимое для того, чтобы ионы рассеялись до земли.

Мяч движется под действием электрических сил других ионов, которые собрались на изоляторах, например, тех, которые существуют на стенах комнат или самолета. Например, ионы от разряда шаровой молнии могут собираться на пластиковой или деревянной поверхности, если мяч соприкасается с ней, отталкивая мяч и создавая впечатление «подпрыгивания».

Создание шаровой молнии

Конечно, окончательное доказательство любой теории — это эксперимент. Что нам нужно, так это эксперимент по воспроизведению шаровой молнии управляемым способом.

Некоторые наблюдения с самолетов производились в отсутствие явной грозы. Мы предполагаем, что ионы в этом случае были произведены радиоантенной самолета.

Если это правда, такие эксперименты по производству шаровой молнии должны быть возможны независимо от источников питания естественной молнии, которая обычно генерирует до 100 миллионов вольт.

Если эти эксперименты увенчаются успехом, весьма вероятно, что в ближайшие несколько лет давняя загадка шаровой молнии будет окончательно раскрыта.

Рассказы свидетелей шаровой молнии, проиллюстрированные в комиксах

На протяжении тысячелетий люди рассказывали истории о таинственных световых сферах, которые светятся, потрескивают и устрашающе парят во время гроз. Их видели в домах, в сельской местности, в городах, в самолетах и ​​даже через окна.

Они кажутся не из этого мира, но ученые верят, что они действительно из этого мира. Эти явления называются шаровой молнией, и они остаются одним из самых загадочных погодных явлений на Земле. Это тема серии Unexplainable на этой неделе, которую вы можете послушать здесь:

Шаровая молния обычно длится всего несколько мгновений, и невозможно предсказать, где и когда она появится. Нельзя охотиться на шаровую молнию и надежно ее найти. Шаровая молния находит вас.

Это редкость, но многие люди действительно видели шаровые молнии. Мы разговаривали с людьми, которые сообщали о наблюдениях, и они рассказывали нам невероятные истории. Одна женщина сказала, что видела шаровую молнию на своей кухне! Хотя для некоторых эти события были пугающими, все свидетели, с которыми мы говорили, сказали, что им повезло, когда они увидели шаровую молнию. Они отметили его красоту, его буквальное великолепие.

Скудные (якобы проверенные) видеозаписи шаровой молнии, которые существуют в научной литературе, не передают эти истории должным образом.Итак, мы обратились к иллюстратору Элизабет Галиан, чтобы воплотить эти сказки в жизнь. Теперь вы можете представить себе это удивительное явление природы.

Текст в этих комиксах взят из интервью со свидетелями, слегка отредактирован для увеличения длины и ясности.

Элизабет Росс, 52, Джэксонвилл, Флорида

Мэг Элисон, 38, Окленд, Калифорния

Эмили Клэнтон, 24, Северная Вирджиния

По сей день ученые не совсем уверены, как формируются эти световые шары, и даже не знают, из чего они сделаны.Мы также поговорили с парой ученых, которые пытаются понять шаровое освещение и даже воссоздать его в своих лабораториях. Подробнее об этом в выпуске на этой неделе, который вы можете послушать здесь .

Большинство из нас не увидят шаровых молний при жизни. Если вы это видели, ученые хотят знать: отправьте свой опыт в эту базу данных, и исследователи смогут узнать больше.