Откуда берутся молнии в плазменном шаре. Как появляется шаровая молния
Шаровая молния достаточно редкое и опасное явление, которое происходит во время сильной грозы и ливня. Каков же внутренний мир шаровой молнии? Рассмотрим в статье природу их образования.
Еще в далеком две тысячи втором году состоялись экспериментальные исследования по итогам которых было выяснено, что шаровые молнии образуются из обычных молний, которые способствуют испарению кремния в почве.
Когда кремний охлаждается, то его пары конденсируются и благодаря образованию так называемых наночастиц, которые под воздействием кислорода окружающего воздуха окисляются, начинается интенсивное выделение тепла. Именно в результате таких химических и физических явлений образуется шаровая молния.
Источник: Otvetin
Другие новости по теме:
Страх человека чаще всего исходит от незнания. Мало кто боится обычной молнии - искрового электрического разряда - и все знают, как вести себя во время грозы. Но что такое шаровая молния, опасна ли она, и что делать, если вы столкнулись с этим явлением? Об этом и расскажет сегодня МирСоветов. Какие
Науке известно несколько фактов о людях, в которых разряд молнии попадал не три и даже не пять раз! Впервые «копьё Зевса» поразило Роя Салливана в 1942 году – тогда американец отделался лишь потерей ногтя на пальце ноги и сильным испугом. С той поры молния начала преследовать мужчину на протяжении
То, что молнии опасны уже всем известно, а вот то, что из молнии можно сделать основу для энергии стало понятно совсем недавно. Рассмотрим в статье, какие ловушки для молний придумали ученые. Как обычно, все революционные идеи рождаются в Китае. Китайскими учеными был сделан вывод о том, что
Если вам приснилось это явление природы, как молния - сон предвещает огромное счастье и расцвет, который будет так же ярок, но короток. Если во сне вы увидели, как молния осветила некий предмет рядом с вами и вы испытываете страх или явный шок - такой сон означает известие, которое вас взволнует
Подкаст Читает Павел Морозов Скачать в mp3 (3.4 Mb / 05:59 мин.) В отличие от своих далеких предков, мы-то знаем, что гроза - это не наказание за грехи, ниспосланное богом на землю, а вполне привычно природное явление, и еще мы знаем, что бояться надо не грома, а молнию. И хотя статистика говорит
Грозы – это частое явление, встречающееся практически повсеместно. Конечно, современный человек знает, что гром и молния это обычное природное явление, а не посланная богом-громовержцем кара за грехи. Но забыть о технике безопасности не стоит, ведь вероятность гибели при попадании молнии очень
Молния - это мощнейший электрический разряд, который возникает при сильной электризации туч. Разряды молнии могут происходить как внутри облака, так и между соседними облаками, которые сильно наэлектризованы. Иногда разряд происходит между землей и наэлектризованным облаком. Перед вспышкой молнии
Существует более 400 гипотез, объясняющих ее возникновение
Они всегда появляются внезапно. Большинство ученых, занимающихся их изучением, ни разу в жизни не видели предмет исследований собственными глазами. Эксперты веками ломают копья в спорах, но ни разу не воспроизвели этот феномен в лаборатории. Тем не менее никто не ставит его в один ряд с НЛО, чупакаброй или полтергейстом. Речь идет о шаровой молнии.
Ученые предлагают сконцентрировать усилия по поиску сигнала от внеземных цивилизаций на транзитной зоне Ученые из Германии настаивают на сужении зоны поиска потенциально обитаемых планет. Об этом Рене Хеллери и Ральф Пудриц рассказали в интервью журнала Astrobiology. По их словам, в настоящее время существует несколько методов поиска экзопланет – планет, которые вращаются вокруг других звезд. Основным является так называемый транзитный метод, суть которого заключается в том, что астрономы наблюдают ослабление яркости звезды, когда между наблюдателем с Земли и звездой проходит планета.
ДОСЬЕ НА АДСКИЙ ШАРИК
Как правило, появление шаровых молний связано с сильными грозами. Подавляющее число очевидцев описывает объект как шар объемом около 1 куб. дм. Впрочем, если анализировать свидетельства пилотов самолетов, то они нередко упоминают о гигантских шарах. Иногда очевидцы описывают лентообразный "хвост" или даже несколько "щупалец". Поверхность объекта чаще всего равномерно светится, иногда пульсирует, но есть редкие наблюдения темных шаровых молний. Изредка упоминаются яркие лучи, вырывающеся из внутренней части шара. Цвет свечения поверхности бывает самым разным. А еще он может меняться во времени.
Встреча с этим загадочным явлением весьма опасна: зафиксировано множество случаев ожогов и смертей от контакта с шаровой молнией.
ВЕРСИИ: ГАЗВЫЙ РАЗРЯД И СГУСТОК ПЛАЗМЫ
Попытки разгадать феномен предпринимались давно.
Еще в XVIII в. выдающийся французский ученый Доминик Франсуа Араго опубликовал первый, весьма обстоятельный труд, посвященный шаровой молнии. В нем Араго обобщил около 30 наблюдений и таким образом положил начало научному изучению явления.
Из сотен гипотез до последнего времени наиболее вероятными выглядели две.
ГАЗОВЫЙ РАЗРЯД.
В 1955 г. Петр Леонидович Капица представляет доклад "О природе шаровой молнии". В той работе он пытается объяснить и само рождение шаровой молнии, и многие из ее необычных особенностей возникновением коротковолновых электромагнитных колебаний между грозовыми тучами и земной поверхностью. Ученый считал, что шаровая молния - это газовый разряд, движущийся вдоль силовых линий стоячей электромагнитной
волны между облаками и землей. Звучит не слишком понятно, но ведь мы имеем дело с очень сложным физическим явлением. Однако даже такой гений, как Капица, не смог объяснить природу коротковолновых колебаний, провоцирующих появления "адского шарика". Предположение ученого легло в основу целого направления, которое продолжает развиваться до сих пор.
СГУСТОК ПЛАЗМЫ. По мнению выдающегося ученого Игоря Стаханова (его называли "физиком, который знает все о шаровых молниях"), мы имеем дело со сгустком ионов. Теория Стаханова хорошо согласовалась с рассказами очевидцев и объясняла как форму молнии, так и ее способность проникать через отверстия, заново принимая исходный вид. Однако эксперименты по созданию рукотворного сгустка ионов оказались безуспешными.
АНТИВЕЩЕСТВО. Приведенные выше гипотезы - вполне рабочие, на их основе продолжаются исследования. Однако стоит привести примеры и более смелого полета мысли. Так, американский астронавт Джеффри Ширс Эшби предположил, что шаровая молния рождается при аннигиляции (взаимном уничтожении с выделением огромного количества энергии) частиц антиматерии, которые попадают в атмосферу из космоса.
СОЗДАТЬ МОЛНИЮ
Создать шаровую молнию в лабораторных условиях - давняя и пока до конца не реализованная мечта многих ученых.
ОПЫТЫ ТЕСЛЫ. Первые попытки в этом направлении в начале XX века предпринял гениальный Никола Тесла. К сожалению, нет достоверных описаний ни самих опытов, ни полученных результатов. В его рабочих записях встречаются сведения о том, что при определенных условиях ему удалось "зажечь" газовый разряд, который был похож на светящийся сферический шар. Тесла якобы мог держать эти загадочные шары в руках и даже перебрасывать их. Впрочем, деятельность Теслы всегда была окутана орелом таинственности и загадок. Так что понять, где правда и вымысел в истории о ручных шаровых молниях, не удается.
БЕЛЫЕ СГУСТКИ. В Академии ВВС США (штат Колорадо) в 2013 г. удалось создать яркие шары путем воздействия мощных электрических разрядов на особый раствор. Странные объекты смогли просуществовать почти полсекунды. Ученые осторожно предпочли называть их плазмоидами, а не шаровыми молниями. Но ожидают, что эксперимент приблизит их к разгадке.
Плазмоид. Яркий белый шар существовал всего полсекунды.
НЕОЖИДАННОЕ ОБЪЯСНЕНИЕ
В конце XX в. появился новый метод диагностики и лечения - транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС). Суть его в том, что, подвергая участок мозга сфокусированному сильному магнитному полю, можно заставить нервные клетки (нейроны) реагировать так, будто они получили сигнал через нервную систему.
Так можно вызвать галлюцинации в виде огненных дисков. Смещая точку воздействия на мозге, можно заставить диск двигаться (в восприятии подопытного). Австрийские ученые Джозеф Пир и Александр Кендль предположили, что при грозах на мгновения могут возникать мощные магнитные поля, которые провоцируют такие видения. Да, это уникальное стечение обстоятельств, но ведь и видят шаровую молнию редко. Ученые обращают внимание, что есть больше шансов, если человек находится в здании, самолете (статистика подтверждает это). Гипотеза может объяснить только часть наблюдений: встречи с молнией, которые заканчивались ожогами и смертями, остаются неразгаданными.
ПЯТЬ ЯРКИХ СЛУЧАЕВ
Сообщения о встречах с шаровыми молниями приходят постоянно. В Украине одно из последних имело место прошлым летом: в помещение Дибровского сельсовета на Кировоградщине влетел такой вот "адский шарик". Людей не тронул, но вся оргтехника сгорела. В науке и научно-популярной литературе сформировался некий набор наиболее известных столкновений человека и шаровой молнии.
1638. Во время осенней грозы в деревне Вайдкомб-Мур в Англии в церковь влетел шар диаметром более 2 м. По рассказам очевидцев, молния ломала скамейки, била окна и заполнила церковь дымом с запахом серы. При этом погибли четверо человек. "Виноватых" вскоре нашли - ими объявили двух крестьян, позволивших себе переброситься в картишки во время проповеди.
1753. Георг Рихман, член С.-Петербургской Академии наук, проводит исследования атмосферного электричества. Внезапно появляется синевато-оранжевый шар и с треском ударяет ученого в лицо. Ученый убит, его помощник - оглушен. На лбу Рихмана обнаружили маленькое багровое пятно, его камзол был обожжен, башмаки разорваны. История знакома всем, кто учился в советское время: без описания смерти Рихмана не обходился ни один учебник физики того времени.
1944. В Упсале (Швеция) шаровая молния прошла сквозь оконное стекло (на месте проникновения осталась дыра диаметром около 5 см). Феномен наблюдали не только оказавшиеся на месте люди: сработала и система слежения за грозовыми разрядами местного университета.
1978. Группа советских альпинистов остановилась на ночевку в горах. В застегнутой наглухо палатке вдруг возник ярко-желтый шар размером с теннисный мяч. Он, потрескивая, хаотично двигался в пространстве. Один альпинист от касания шара погиб. Остальные получили множественные ожоги. Случай стал известен после публикации в журнале "Техника - Молодежи". Теперь без упоминания той истории не обходится ни один форум любителей НЛО, перевала Дятлова и т. д.
2012. Невероятная удача: в Тибете шаровая молния попадает в поле зрения спектрометров, с помощью которых китайские ученые изучали обычные молнии. Приборам удалось зафиксировать свечение длиной 1,64 сек. и получить детальные спектры. В отличие от спектра обычной молнии (там присутствуют линии азота), в спектре шаровой молнии много линий железа, кремния и кальция - основных химических элементов почвы. Некоторые из теорий происхождения шаровой молнии получили весомые аргументы в свою пользу.
Загадка. Так изображали встречу с шаровой молнией в XIX веке.
Открытие шаровой молнии
Как это нередко бывает, систематическое изучение шаровых молний началось с отрицания их существования: в начале XIX века все известные к тому времени разрозненные наблюдения были признаны либо мистикой, либо в лучшем случае оптической иллюзией.
Но уже в 1838 году в «Ежегоднике» французского бюро географических долгот был опубликован обзор, составленный знаменитым астрономом и физиком Домиником Франсуа Араго.
Впоследствии он стал инициатором опытов Физо и Фуко по измерению скорости света, а также работ, приведших Леверье к открытию Нептуна.
Основываясь на известных тогда описаниях шаровых молний, Араго пришел к выводу, что многие из этих наблюдений нельзя считать иллюзией.
За 137 лет, прошедших с момента выхода в свет обзора Араго, появились новые свидетельства очевидцев, фотографии. Были созданы десятки теорий, экстравагантных и остроумных, которые объясняли некоторые известные свойства шаровой молнии, и таких, которые не выдерживали элементарной критики.
Фарадей, Кельвин, Аррениус, советские физики Я. И. Френкель и П. Л. Капица, многие известные химики, наконец, специалисты американской Национальной комиссии по астронавтике и аэронавтике NASA пытались исследовать и объяснить этот интересный и грозный феномен. А шаровая молния и поныне продолжает во многом оставаться загадкой.
Трудно, наверное, найти явление, сведения о котором так противоречили бы друг другу. Основных причин две: это явление очень редкое, и многие наблюдения проводятся крайне не квалифицированно.
Достаточно сказать, что за шаровую молнию принимались крупные метеоры и даже птицы, к крыльям которых прилипала труха гнилых, светящихся в темноте пней. И все-таки известно около тысячи достоверных наблюдений шаровой молнии, описанных в литературе.
Какие же факты должны связать ученые единой теорией, чтобы объяснить природу возникновения шаровой молнии? Какие ограничения накладывают наблюдения на нашу фантазию?
Первое, что нужно объяснить: почему шаровая молния возникает часто, если она возникает часто, или почему она возникает редко, если она возникает редко?
Пусть читателя не удивляет эта странная фраза — частота появления шаровой молнии все еще является спорным вопросом.
И еще нужно объяснить, почему шаровая молния (не зря же она так называется) действительно имеет форму, обычно близкую к шару.
И доказать, что она, вообще, имеет отношение к молниям, — надо сказать, не все теории связывают появление этого феномена с грозами — и не без оснований: иногда она возникает в безоблачную погоду как, впрочем, и другие грозовые явления, например, огни святого Эльма.
Здесь уместно вспомнить описание встречи с шаровой молнией, данное замечательным наблюдателем природы и ученым Владимиром Клавдиевичем Арсеньевым — известным исследователем дальневосточной тайги. Встреча эта произошла в горах Сихотэ-Алиня в ясную лунную ночь. Хотя многие параметры наблюдавшейся Арсеньевым молнии типичны, подобные случаи редки: обычно шаровые молнии возникают в грозу.
В 1966 году NASA распространила среди двух тысяч человек анкету, в первой части которой были заданы два вопроса: «Видели ли вы шаровую молнию?» и «Видели ли вы в непосредственной близости удар линейной молнии?»
Ответы дали возможность сравнить частоту наблюдения шаровой молнии с частотой наблюдения обычных молний. Результат оказался ошеломляющим: удар линейной молнии вблизи видели 409 человек из 2 тысяч, а шаровую молнию — два раза меньше. Нашелся даже счастливчик, встречавший шаровую молнию 8 раз,- еще одно косвенное доказательство того, что это совсем не такое редкое явление, как принято думать.
Анализ второй части анкеты подтвердил многие известные ранее факты: шаровая молния имеет в среднем диаметр около 20 см; светится не очень ярко; цвет чаще всего красный, оранжевый, белый.
Интересно, что даже наблюдатели, видевшие шаровую молнию близко, часто не ощущали ее теплового излучения, хотя при непосредственном прикосновении она обжигает.
Существует такая молния от нескольких секунд до минуты; может проникать в помещения через маленькие отверстия, восстанавливая затем свою форму. Многие наблюдатели сообщают, что она выбрасывает какие-то искры и вращается.
Обычно она парит на небольшом расстоянии от земли, хотя встречали ее и в облаках. Иногда шаровая молния спокойно исчезает, но иногда взрывается, вызывая заметные разрушения.
Уже перечисленных свойств достаточно, чтобы поставить исследователя в тупик.
Из какого вещества должна, например, состоять шаровая молния, если она не взлетает стремительно вверх, подобно воздушному шару братьев Монгольфье, наполненному дымом, хотя и нагрета, по крайней мере, до нескольких сотен градусов?
С температурой тоже не все ясно: судя по цвету свечения, температура молнии не меньше 8 000°К.
Один из наблюдателей, химик по специальности, знакомый с плазмой, оценил эту температуру в 13 000-16 000°К! Но фотометрование следа молнии, оставшегося на фотопленке, показало, что излучение выходит не только с ее поверхности, а и из всего объема.
Многие наблюдатели также сообщают, что молния полупрозрачна и через нее просвечивают контуры предметов. А это значит, что ее температура значительно ниже — не более 5 000 градусов, так как при большем нагреве слой газа толщиной в несколько сантиметров совершенно непрозрачен и излучает как абсолютно черное тело.
О том, что шаровая молния довольно «холодна», свидетельствует и сравнительно слабый тепловой эффект, производимый ею.
Шаровая молния несет большую энергию. В литературе, правда, часто встречаются заведомо завышенные оценки, но даже скромная реалистичная цифра — 105 джоулей — для молнии диаметром в 20 см весьма внушительна. Если бы такая энергия расходовалась только на световое излучение, она могла бы светиться много часов.
При взрыве шаровой молнии может развиться мощность в миллион киловатт, так как взрыв этот протекает очень быстро. Взрывы, правда, человек умеет устраивать и более мощные, но если сравнить со «спокойными» источниками энергии, то сравнение будет не в их пользу.
В частности, энергоемкость (энергия, отнесенная к единице массы) молнии значительно выше, чем у существующих химических аккумуляторов. Кстати, именно желание научиться аккумулировать сравнительно большую энергию в малом объеме и привлекло многих исследователей к изучению шаровой молнии. Насколько эти надежды могут оправдаться, говорить пока рано.
Сложность объяснения столь противоречивых и разнообразных свойств привела к тому, что существующие взгляды на природу этого явления исчерпали, кажется, все мыслимые возможности.
Некоторые ученые считают, что молния постоянно получает энергию извне. Например, П. Л. Капица предположил, что она возникает при поглощении мощного пучка дециметровых радиоволн, которые могут излучаться во время грозы.
Реально для образования ионизированного сгустка, каким является в этой гипотезе шаровая молния, необходимо существование стоячей волны электромагнитного излучения с очень большой напряженностью поля в пучностях.
Нужные условия могут осуществиться очень редко, так что, по мнению П. Л. Капицы, вероятность наблюдения шаровой молнии в заданном месте (то есть там, где расположился наблюдатель-специалист) практически равна нулю.
Иногда предполагают, что шаровая молния есть светящаяся часть канала, связывающего облако с землей, по которому течет большой ток. Образно говоря, ей отводится роль единственного видимого участка по каким-то причинам невидимой линейной молнии. Впервые эта гипотеза была высказана американцами М. Юманом и О. Финкельштейном, а в дальнейшем появилось несколько модификаций разработанной ими теории.
Общая трудность всех этих теорий в том, что они предполагают существование в течение длительного времени потоков энергии чрезвычайно высокой плотности и именно из-за этого обрекают шаровую молнию на «должность» чрезвычайно маловероятного явления.
Кроме того, в теории Юмана и Финкельштейна сложно объяснить форму молнии и ее наблюдаемые размеры — диаметр канала молнии обычно составляет около 3-5 см, а шаровые молнии встречаются и метрового диаметра.
Существует довольно много гипотез, предполагающих, что шаровая молния сама является источником энергии. Придуманы самые экзотические механизмы извлечения этой энергии.
В качестве примера такой экзотики можно привести идею Д. Эшби и К. Уайтхеда, согласно которой шаровая молния образуется при аннигиляции пылинок антивещества, попадающих в плотные слои атмосферы из космоса, а затем увлекаемых разрядом линейной молнии на землю.
Эту идею, может быть, можно было бы подкрепить теоретически, но, к сожалению, пока ни одной подходящей частицы антивещества обнаружено не было.
Чаще всего в качестве гипотетического источника энергии привлекаются различные химические и даже ядерные реакции. Но при этом трудно объяснить шаровую форму молнии — если реакции идут в газообразной среде, то диффузия и ветер приведут к выносу «грозового вещества» (термин Араго) из двадцатисантиметрового шара за считанные секунды и еще раньше деформируют его.
Наконец, нет ни одной реакции, о которой было бы известно, что она протекает в воздухе с нужным для объяснения шаровой молнии энерговыделением.
Многократно высказывалась такая точка зрения: шаровая молния аккумулирует энергию, выделяемую при ударе линейной молнии. Теорий, в основе которых лежит это предположение тоже немало, подробный обзор их можно найти в популярной книге С. Сингера «Природа шаровой молнии».
Эти теории, как, впрочем, и многие другие, содержат трудности и противоречия, которым уделено немалое внимание и в серьезной и в популярной литературе.
Кластерная гипотеза шаровой молнии
Расскажем теперь о сравнительно новой, так называемой кластерной гипотезе шаровой молнии, разрабатываемой в последние годы одним из авторов этой статьи.
Начнем с вопроса, почему же молния имеет форму шара? В общем виде ответить на этот вопрос несложно — должна существовать сила, способная удержать вместе частицы «грозового вещества».
Почему капля воды шарообразна? Такую форму придает ей поверхностное натяжение.
Поверхностное натяжение жидкости возникает из-за того, что ее частицы — атомы или молекулы — сильно взаимодействуют между собой, гораздо сильнее, чем с молекулами окружающего газа.
Поэтому, если частица оказывается вблизи границы раздела, то на нее начинает действовать сила, стремящаяся вернуть молекулу в глубину жидкости.
Средняя кинетическая энергия частиц жидкости примерно равна средней энергии их взаимодействия, поэтому молекулы жидкости и не разлетаются. В газах же кинетическая энергия частиц настолько превышает потенциальную энергию взаимодействия, что частицы оказываются практически свободными и о поверхностном натяжении говорить не приходится.
Но шаровая молния — газоподобное тело, а поверхностное натяжение у «грозового вещества», тем не менее, есть — отсюда и форма шара, которую чаще всего она имеет. Единственное вещество, которое могло бы иметь такие свойства — плазма, ионизированный газ.
Плазма состоит из положительных и отрицательных ионов и свободных электронов, то есть из частиц электрически заряженных. Энергия взаимодействия между ними гораздо больше, чем между атомами нейтрального газа, больше соответственно и поверхностное натяжение.
Однако при сравнительно низких температурах — скажем, при 1 000 градусов Кельвина — и при нормальном атмосферном давлении шаровая молния из плазмы могла бы существовать только тысячные доли секунды, так как ионы быстро рекомбинируют, то есть превращаются в нейтральные атомы и молекулы.
Это противоречит наблюдениям — шаровая молния живет дольше. При высоких температурах — 10-15 тысяч градусов — слишком большой становится кинетическая энергия частиц, и шаровая молния должна просто развалиться. Поэтому исследователям приходится использовать сильнодействующие средства, чтобы «продлить жизнь» шаровой молнии, сохранить ее хотя бы несколько десятков секунд.
В частности, П. Л. Капица ввел в свою модель мощную электромагнитную волну, способную постоянно порождать новую низкотемпературную плазму. Другим же исследователям, предполагающим, что молниевая плазма более горячая, пришлось придумывать, как бы удержать шар из этой плазмы, то есть решать задачу до сих пор не решенную, хотя и очень важную для многих областей физики и техники.
А что если пойти по другому пути — ввести в модель механизм, замедляющий рекомбинацию ионов? Попробуем использовать для этой цели воду. Вода — полярный растворитель. Ее молекулу можно грубо представить себе как палочку, один конец которой заряжен положительно, а другой — отрицательно.
К положительным ионам вода присоединяется отрицательным концом, а к отрицательным — положительным, образуя защитную прослойку — сольватную оболочку. Она может резко замедлить рекомбинацию. Ион вместе с сольватной оболочкой называется кластером.
Вот мы и подошли, наконец, к основным идеям кластерной теории: при разрядке линейной молнии происходит практически полная ионизация молекул, входящих в состав воздуха, в том числе и молекул воды.
Образовавшиеся ионы начинают быстро рекомбинировать, эта стадия занимает тысячные доли секунды. В какой-то момент нейтральных молекул воды становится больше, чем оставшихся ионов, и начинается процесс образования кластеров.
Он тоже длится, видимо, доли секунды и заканчивается образованием «грозового вещества» — похожего по своим свойствам на плазму и состоящего из ионизированных молекул воздуха и воды, окруженных сольватными оболочками.
Правда, пока все это только идея, и нужно посмотреть, может ли она объяснить многочисленные известные свойства шаровой молнии. Вспомним известную поговорку о том, что для рагу из зайца как минимум нужен заяц, и зададим себе вопрос: могут ли образовываться в воздухе кластеры? Ответ утешительный: да, могут.
Доказательство этого в буквальном смысле слова свалилось (было привезено) с неба. В конце 60-х годов с помощью геофизических ракет было проведено подробное исследование самого нижнего слоя ионосферы — слоя D , расположенного на высоте около 70 км. Оказалось, несмотря на то, что на такой высоте воды крайне мало, все ионы в слое D окружены сольватными оболочками, состоящими из нескольких молекул воды.
В кластерной теории предполагается, что температура шаровой молнии меньше 1000°К, поэтому от нее нет сильного теплового излучения. Электроны при такой температуре легко «прилипают» к атомам, образуя отрицательные ионы, и все свойства «молниевого вещества» определяются кластерами.
При этом плотность вещества молнии оказывается примерно равной плотности воздуха при нормальных атмосферных условиях, то есть молния может быть несколько тяжелее воздуха и опускаться вниз, может быть несколько легче воздуха и подниматься и, наконец, может находиться во взвешенном состоянии, если плотности «молниевого вещества» и воздуха равны.
Все эти случаи наблюдались в природе. Кстати, то, что молния опускается вниз, еще не значит, что она упадет на землю — прогрев под собой воздух, она может создать воздушную подушку, удерживающую ее на весу. Очевидно, поэтому парение — самый распространенный вид движения шаровой молнии.
Кластеры взаимодействуют между собой значительно сильнее, чем атомы нейтрального газа. Оценки показали, что возникающего поверхностного натяжения вполне достаточно, чтобы придать молнии шаровую форму.
Допустимое отклонение плотности быстро убывает с увеличением радиуса молнии. Так как вероятность точного совпадения плотности воздуха и вещества молнии мала, крупные молнии — больше метра в диаметре — встречаются крайне редко, маленькие же должны появляться чаще.
Но молнии размером меньше трех сантиметров тоже практически не наблюдаются. Почему? Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть энергетический баланс шаровой молнии, выяснить, где в ней хранится энергия, сколько ее и на что она расходуется. Энергия шаровой молнии заключена, естественно, в кластерах. При рекомбинации отрицательного и положительного кластеров выделяется энергия от 2 до 10 электрон-вольт.
Обычно плазма теряет довольно много энергии в виде электромагнитного излучения — его появление связано с тем, что легкие электроны, двигаясь в поле ионов, приобретают очень большие ускорения.
Вещество молнии состоит из тяжелых частиц, ускорить их не так-то просто, поэтому электромагнитное поле излучается слабо и большая часть энергии выводится из молнии тепловым потоком с ее поверхности.
Тепловой поток пропорционален площади поверхности шаровой молнии, а запас энергии пропорционален объему. Поэтому маленькие молнии быстро теряют свои сравнительно небольшие запасы энергии, и, хотя они появляются гораздо чаще крупных, заметить их труднее: они слишком мало живут.
Так, молния диаметром в 1 см остывает за 0,25 секунд, а диаметром 20 см за 100 секунд. Эта последняя цифра примерно совпадает с максимальным наблюдаемым временем жизни шаровой молнии, но существенно превосходит среднее время ее жизни, равное нескольким секундам.
Наиболее реальный механизм «умирания» крупной молнии связан с потерей устойчивости ее границы. При рекомбинации пары кластеров образуется десяток легких частиц, что приводит при той же температуре к уменьшению плотности «грозового вещества» и нарушению условий существования молнии задолго до того, как исчерпается ее энергия.
Начинает развиваться поверхностная неустойчивость, молния выбрасывает куски своего вещества и как бы прыгает из стороны в сторону. Выброшенные куски почти мгновенно остывают, подобно маленьким молниям, и раздробленная большая молния заканчивает свое существование.
Но возможен и другой механизм ее распада. Если в силу каких-либо причин ухудшается отвод тепла, то молния начнет разогреваться. При этом увеличится число кластеров с малым количеством молекул воды в оболочке, они будут быстрее рекомбинировать, произойдет дальнейшее повышение температуры. В итоге — взрыв.
Почему светится шаровая молния
Остановимся еще на одной загадке шаровой молнии: если ее температура невелика (в кластерной теории считается, что температура шаровой молнии около 1000°К), то почему же тогда она светится? Оказывается, и это можно объяснить.
При рекомбинации кластеров выделившееся тепло быстро распределяется между более холодными молекулами.
Но на какой-то момент температура «объемчика» вблизи рекомбинировавших частиц может превышать среднюю температуру вещества молнии более чем в 10 раз.
Вот этот «объемчик» и светится как газ, нагретый до 10 000-15 000 градусов. Таких «горячих точек» сравнительно мало, поэтому вещество шаровой молнии остается полупрозрачным.
Ясно, что с точки зрения кластерной теории шаровые молнии могут появляться часто. Для образования молнии диаметром в 20 см нужно всего несколько граммов воды, а ее во время грозы обычно предостаточно. Вода чаще всего распылена в воздухе, ну а в крайнем случае шаровая молния может «найти» ее для себя на поверхности земли.
Кстати, так как электроны очень подвижны, то при образовании молнии часть их может «потеряться», шаровая молния в целом окажется заряженной (положительно), и ее движение будет определяться распределением электрического поля.
Остаточный электрический заряд позволяет объяснить такие интересные свойства шаровой молнии, как ее способность двигаться против ветра, притягиваться к предметам и висеть над высокими местами.
Цвет шаровой молнии определяется не только энергией сольватных оболочек и температурой горячих «объемчиков», но и химическим составом ее вещества. Известно, что если при попадании линейной молнии в медные провода появляется шаровая молния, то она часто бывает окрашена в голубой или зеленый цвет — обычные «цвета» ионов меди.
Вполне возможно, что и возбужденные атомы металлов тоже могут образовывать кластеры. Появлением таких «металлических» кластеров можно было бы объяснить некоторые эксперименты с электрическими разрядами в результате которых появлялись светящиеся шары, похожие на шаровую молнию.
Из сказанного может создаться впечатление, что благодаря кластерной теории проблема шаровой молнии получила, наконец, свое окончательное разрешение. Но это не совсем так.
Несмотря на то что за кластерной теорией стоят вычисления, гидродинамические расчеты устойчивости, с её помощью удалось, по-видимому, понять многие свойства шаровых молний, было бы ошибкой сказать, что загадки шаровой молнии больше не существует.
В подтверждение один лишь штрих, одна деталь. В своем рассказе В. К. Арсеньев упоминает о тоненьком хвостике, протянувшемся от шаровой молнии. Пока мы не можем объяснить ни причину его возникновения, ни даже что это такое…
Как уже говорилось, в литературе описано около тысячи достоверных наблюдений шаровой молнии. Это конечно, не очень много. Очевидно, что каждое новое наблюдение при тщательном его анализе позволяет получить интересную информацию о свойствах шаровой молнии, помогает в проверке справедливости той или иной теории.
Поэтому очень важно, чтобы как можно больше наблюдений стало достоянием исследователей и сами наблюдатели активно участвовали в изучении шаровой молнии. Именно на это направлен эксперимент «Шаровая молния», о котором будет рассказано дальше.
Всем доброго времени суток!
Сегодня предлагаю поговорить о шаровых молниях. Как я ни пыталась урезать информацию по этой теме, но все интересно... Итак...
Мало кто боится обычной молнии - искрового электрического разряда - и все знают, как вести себя во время грозы. Но что такое шаровая молния, опасна ли она, и что делать, если вы столкнулись с этим явлением?
Какие бывают шаровые молнии?
Узнать шаровую молнию очень легко, несмотря на разнообразие ее видов. Обычно она имеет, форму шара, светящегося, как лампочка на 60-100 Ватт. Гораздо реже встречаются молнии похожие на грушу, гриб или каплю, или такой экзотической формы как блин, бублик или линза. Зато разнообразие цветовой гаммы просто поражает: от прозрачного до черного, но лидируют все же оттенки желтого, оранжевого и красного.
Цвет может быть неоднородным, а иногда шаровые молнии меняют его, как хамелеон.
Говорить о постоянном размере плазменного шара тоже не приходится, он колеблется от нескольких сантиметров до нескольких метров. Но обычно люди сталкиваются с шаровыми молниями диаметром 10-20 сантиметров.
Хуже всего в описании молний дело обстоит с их температурой и массой. По данным ученых, температура может быть в пределах от 100 до 1000 оС. Но при этом люди, сталкивавшиеся с шаровыми молниями на расстоянии руки, крайне редко отмечали хоть какое-то тепло, исходившее от них, хотя по логике, они должны были получить ожоги. Такая же загадка и с массой: какого молния не была размера, она весит не более 5-7 грамм.
Поведение шаровых молний
Поведение шаровых молний непредсказуемо. Они относятся к явлениям, которые появляются когда хотят, где хотят и творят, что хотят. Так, раньше считалось, что шаровые молнии рождаются только во время гроз и всегда сопровождают линейные (обычные) молнии. Однако постепенно выяснилось, что они могут появиться и в солнечную ясную погоду.
Полагали, что молнии как бы «притягиваются» к местам высокого напряжения с магнитным полем - электрическим проводам. Но были зафиксированы случаи, когда те появлялись фактически посреди чистого поля…
Шаровые молнии непонятным образом исторгаются из электрических розеток в доме и «просачиваются» сквозь малейшие щели в стенах и стекла, превращаясь в «сосиски» и затем снова принимая обычную свою форму. При этом не остается никаких оплавленных следов… Они то спокойно висят на одном месте на небольшом расстоянии от земли, то несутся куда-то со скоростью 8-10 метров в секунду.
Встретив на своем пути человека или животное, молнии могут держаться от них вдалеке и вести себя мирно, могут любопытно кружить поблизости, а могут напасть и обжечь или убить, после чего или растаять, как ни в чем не бывало, или взорваться с ужасным грохотом. Однако, несмотря на частые рассказы о травмированных или убитых шаровой молнией, число их сравнительно невелико - всего 9 процентов.
Чаще всего, молния, покружив по местности, исчезает, не причинив никакого вреда. Если она появилась в доме, то обычно обратно «просачивается» на улицу и только там тает.
Также зафиксировано много необъяснимых случаев, когда шаровые молнии «привязываются» к какому-то конкретному месту или человеку, и появляются регулярно. При этом по отношению к человеку они делятся на два вида - те, которые нападают на него в каждое свое появление и те, которые не причиняют вреда либо нападают на людей, находящихся поблизости.
Существует еще одна загадка: шаровая молния, убив человека, совершенно безо всякого следа на теле, а труп долгое время не коченеет и не разлагается…
Некоторые ученые говорят, что молния просто «останавливает время» в организме.
Шаровая молния с научной точки зрения
Шаровая молния - явление уникальное и своеобразное. За историю человечества скопилось более 10 тысяч свидетельств о встречах с «разумными шарами». Однако до сих пор ученые не могут похвалиться большими достижениями в сфере исследования этих объектов. Существует масса разрозненных теорий о происхождении и «жизни» шаровых молний. Время от времени в лабораторных условиях получается создать объекты, по виду и свойствам похожие на шаровые молнии - плазмоиды. Тем не менее, стройной картины и логичного объяснения этому явлению никто предоставить так и не смог.
Наиболее известной и разработанной раньше остальных является теория академика П. Л. Капицы, которая объясняет появление шаровой молнии и ее некоторые особенности возникновением коротковолновых электромагнитных колебаний в пространстве между грозовыми тучами и земной поверхностью. Однако Капице так и не удалось объяснить природу тех самых коротковолновых колебаний. К тому же, как было замечено выше, что шаровые молнии не обязательно сопровождают обычные молнии и могут появляться в ясную погоду. Тем не менее, большинство других теорий основаны на выводах академика Капицы.
Отличные от теории Капицы гипотеза была создана Б. М. Смирновым, утверждающим, что ядро шаровой молнии - это ячеистая структура, обладающая прочным каркасом при малом весе, причем каркас создан из плазменных нитей.
Д. Тернер объясняет природу шаровых молний термохимическими эффектами, протекающими в насыщенном водяном паре при наличии достаточно сильного электрического поля.
Однако самой интересной считается теория новозеландских химиков Д. Абрахамсона и Д. Динниса. Они выяснили, что при ударе молнии в почву, содержащую силикаты и органический углерод, образуется клубок волокон кремния и карбида кремния. Эти волокна постепенно окисляются и начинают светиться. Так рождается «огненный» шар, разогретый до 1200-1400 °С, который медленно тает. Но если температура молнии зашкаливает, то она взрывается. Тем не менее, и эта стройная теория не подтверждает все случаи возникновения молний.
Для официальной науки шаровая молния по-прежнему продолжает оставаться загадкой. Может поэтому вокруг нее появляется столько околонаучных теорий и еще большее количество вымыслов.
Околонаучные теории о шаровой молнии
Мы не будем рассказывать здесь истории о демонах с горящими глазами, оставляющих за собой запах серы, адских псах и «огненных птицах», как иногда представляли шаровые молнии. Однако странное их поведение дает многим исследователям этого феномена предположить, что молнии «мыслят». Как минимум, шаровые молнии считаются приборами для исследования нашего мира. Как максимум - энергетическими сущностями, которые также собирают какие-то сведения о нашей планете и ее обитателях.
Косвенным подтверждением этих теорий может служить и тот факт, что любой сбор информации - это работа с энергией.
И необычное свойство молний исчезать в одном месте и появляться мгновенно в другом. Есть предположения, что одна и та же шаровая молния «ныряет» в определённую часть пространства - иного измерения, живущего по другим физическим законам, - и, сбросив информацию, появляется снова в нашем мире в новой точке. Да и действия молний относительно живых существ нашей планеты тоже осмысленны - одних они не трогают, к другим «прикасаются», а у некоторых просто вырывают кусочки плоти, словно на генетический анализ!
Легко объяснимо и частое появление шаровых молний во время гроз. Во время всплесков энергии - электрических разрядов - открываются порталы из параллельного измерения, и в наш мир попадают их сборщики информации о нашем мире…
Что делать при встрече с шаровой молнией?
Главное правило при появлении шаровой молнии - будь то в квартире или на улице - не паниковать и не делать резких движений. Никуда не бегите! Молнии очень восприимчивы к завихрениям воздуха, которые мы создаём при беге и прочих движениях и которые тянут ее за собой. Оторваться от шаровой молнии можно только на машине, но никак не своим ходом.
Постарайтесь тихо свернуть с пути молнии и держаться дальше от нее, но не поворачиваться к ней спиной. Если вы находитесь в квартире - подойдите к окну и откройте форточку. С большой долей вероятности молния вылетит наружу.
И, конечно же - никогда ничего не бросайте в шаровую молнию! Она может не просто исчезнуть, а взорваться, как мина, и тогда тяжелые последствия (ожоги, травмы, иногда потеря сознания и остановка сердца) неотвратимы.
Если же шаровая молния задела кого-то и человек потерял сознание, то его необходимо перенести в хорошо проветриваемое помещение, тепло укутать, сделать искусственное дыхание и обязательно вызвать скорую помощь.
Вообще же, технические средств защиты от шаровых молний как таковых пока не разработано. Единственный существующий сейчас «шаромолниеотвод» был разработан ведущим инженером Московского института теплотехники Б. Игнатовым. Шаромолниеотвод Игнатова запатентован, но создано подобных устройств – единицы, речи об активном внедрении его в жизнь пока не идет.
Страх человека чаще всего исходит от незнания. Мало кто боится обычной молнии - искрового электрического разряда - и все знают, как вести себя во время грозы. Но что такое шаровая молния, опасна ли она, и что делать, если вы столкнулись с этим явлением? Какие бывают шаровые молнии? Узнать шаровую молнию очень легко, несмотря на разнообразие ее видов. Обычно она имеет, как можно легко догадаться, форму шара, светящегося, как лампочка на 60-100 Ватт. Гораздо реже встречаются молнии похожие на грушу, гриб или каплю, или такой экзотической формы как блин, бублик или линза. Зато разнообразие цветовой гаммы просто поражает: от прозрачного до черного, но лидируют все же оттенки желтого, оранжевого и красного. Цвет может быть неоднородным, а иногда шаровые молнии меняют его, как хамелеон. Говорить о постоянном размере плазменного шара тоже не приходится, он колеблется от нескольких сантиметров до нескольких метров. Но обычно люди сталкиваются с шаровыми молниями диаметром 10-20 сантиметров. Хуже всего в описании молний дело обстоит с их температурой и массой. По данным ученых, температура может быть в пределах от 100 до 1000о С. Но при этом люди, сталкивавшиеся с шаровыми молниями на расстоянии руки, крайне редко отмечали хоть какое-то тепло, исходившее от них, хотя по логике, они должны были получить ожоги. Такая же загадка и с массой: какого молния не была размера, она весит не более 5-7 грамм.
Что сказано о свойствах шаровой молнии в Википедии:
Многочисленные наблюдения за поведением шаровых молний позволили определить основные физические свойства шаровых молний (ШМ):
- Шаровая или грушевидная форма;
- Феноменальность появления. Может возникать неожиданно в самых разнообразных условиях. Зафиксирован случай появления даже из гвоздя в стене;
- Большой диапазон зафиксированных размеров, от 1 см до 27 м в диаметре;
- Самосвечение мощностью 100-200 Ватт, видимое даже в дневное время;
- Холодная поверхность, то есть ШМ не излучает тепло;
- Время существования от 1 секунды до 2 минут;
- Прохождение сквозь вещество, например, стекло. Капли проливного дождя проходят сквозь ШМ не оказывая на неё никого влияния;
- Сильное электромагнитное излучение в необычайно широком диапазоне длин волн от долей микрометра до метров;
- Наличие электрического и магнитного полей;
- Способность к левитации - поднимать и передвигать предметы;
- Способность деформироваться и проникать через малые отверстия;
- Непредсказуемость движения, может двигаться даже против ветра;
- Свободное парение на любой высоте;
- Необычайно высокая внутренняя энергия;
- Способность двигаться вдоль поверхности металлических предметов;
- Способность прилипать к металлическим предметам;
- Вращение воздуха и пыли внутри ШМ;
- Способность к делению;
- Способность взрываться самопроизвольно или при прикосновении к предметам. Бывают случаи, когда после взрыва ШМ не исчезает;
- При взрывах повреждаются и выгорают большей частью металлические детали предметов, диэлектрические же части остаются целыми;
- Шаровые молнии бывают невидимыми, но при «силовом воздействии», например, при ультрафиолетовом излучении начинают светиться.