Шаровая молния, загадочная и непредсказуемая.

Китайцы впервые поймали в объектив шаровую молнию.

Китайские ученые впервые в мире сняли спектр шаровой молнии, случайно появившейся во время их экспериментов. Они полагают, что в самой молнии нет ничего неземного.

Феномен шаровой молнии – появление на несколько секунд после удара обычной молнии яркого светящегося шара в воздухе – одна из самых древних и интригующих загадок физики. Споры о ее существовании и природе ведутся веками. Упоминания о ней можно найти еще в древнегреческих источниках, известно, что такая молния убила российского ученого XVIII века Георга Рихмана, некоторые приписывают создание шаровой молнии Николе Тесле, изучением этого феномена занимался и известный советский ученый Петр Капица.

Несмотря на технический прогресс, приблизиться к пониманию природы загадочного явления физики долгое время не могли: слишком уж редко молния появляется, и большинство случаев контакта с нею описано случайными свидетелями. Загнать шаровую молнию в лабораторию или хотя бы снять ее на камеру не удавалось никому. Однако в 2012 году удача улыбнулась китайским ученым под руководством Цзянюнь Ценя из Северо-Западного университета в Ланьчжоу, которым помог случай.

«Летом 2012 года, когда мы проводили эксперимент по получению спектра обычной молнии при помощи бесщелевых спектрографов на плато Цинхай в Китае, вдруг возникла шаровая молния», – пишут исследователи в своей статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

Два спектрографа и черно-белая камера с ускоренной съемкой были установлены на высоте 2530 метров над уровнем моря и направлены на небольшой склон, когда в поле их зрения попала шаровая молния. Оптическая камера вела съемку со скоростью 50 кадров в секунду, а ее разрешение составляло всего 640*480 пикселей, да и возникла молния не рядом, так что о качественной видеозаписи момента речь не идет.

Однако главная удача – то, что свет молнии удалось изучить при помощи спектрографов, которые работали в диапазоне от 400 до 1000 нанометров.

спектр молнии

Шаровая молния диаметром около 5 метров появилась на склоне во время грозы в 21.54 по пекинскому времени и просуществовала 1,64 секунды. Ученым впервые удалось зафиксировать весь процесс: они получили видеозапись, звук и 82 снимка.

На снимках отчетливо виден момент, когда появляется спектр обычной молнии, а вместе с ним – спектр возникшей внизу плазменного канала шаровой молнии. Через 20 миллисекунд спектр обычной молнии исчез, а спектр шаровой – остался. Ввиду того что наблюдения проводились в темное время суток, получить изображения молнии на фоне окружающего ландшафта не удалось (место появления молнии позднее указали на снимке, сделанном днем).

снимок, на который попала шаровая молния

Светящийся шар возник на расстоянии 900 метров от наблюдателей и передвигался в поле их зрения со скоростью более 8 метров в секунду.

Спектр обычной молнии, который был снят в начале, оказался ничем не примечательным: вследствие высокой температуры (30 тыс. градусов Цельсия) большинство линий в нем – линии ионов натрия.

Однако спектр шаровой молнии оказался совершенно другим. Анализ показал, что в спектре присутствуют мощные эмиссионные линии кремния, железа и кальция. Ученые обратили внимание на то, что эти линии присутствуют все время жизни шаровой молнии, при этом линия кремния продолжала наблюдаться даже в самый последний момент.

Известно, что все эти элементы – главные составляющие почвы.

Поэтому есть все причины утверждать, что наша шаровая молния была рождена ударом обычной молнии в землю», — считают ученые.

Еще одной интересной особенностью наблюдения стала замеченная модуляция интенсивности шаровой молнии с частотой 99,4 Гц. Ученые считают, что эти колебания вызваны проходящей рядом линией электропередачи напряжением 35 киловольт, ближайшая мачта которой находится всего в 20 метрах от места появления шара.

Авторы считают, что результаты их наблюдения могут стать экспериментальным доказательством теории новозеландского физика Джона Абрахамсона, который занимался изучением шаровых молний. В 2000 году он предположил, что шаровая молния возникает, когда обычная молния ударяет в поверхность земли и испаряет составляющие ее элементы. Абрахамсон полагал, что, если в земле присутствует углерод, например в составе опавших листьев, он способен отнимать кислород из оксида кремния, замедляя процессы окисления.

«Это наблюдение молнии имеет все предсказанные особенности нашей теории», — прокомментировал Абрахамсон наблюдение китайских ученых.

Источник: http://www.gazeta.ru

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, остроумных, таких, 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 другое явление, сведения о котором так противоречили бы друг другу. Основных причин две: это явление очень редкое, и многие наблюдения проводятся крайне неквалифицированно.

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.

Природа шаровой молнииКакие 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: с одной стороны, 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 молнииРасскажем теперь о сравнительно новой, так называемой кластерной гипотезе шаровой молнии, разрабатываемой в последние годы одним из авторов этой статьи.

Начнем с вопроса, почему же молния имеет форму шара? В общем виде ответить на этот вопрос несложно — должна существовать сила, способная удержать вместе частицы «грозового вещества».

Почему капля воды шарообразна? Такую форму придает ей поверхностное натяжение.

Поверхностное натяжение жидкости возникает из-за того, что ее частицы — атомы или молекулы — сильно взаимодействуют между собой, гораздо сильнее, чем с молекулами окружающего газа.

Поэтому, если частица оказывается вблизи границы раздела, то на нее начинает действовать сила, стремящаяся вернуть молекулу в глубину жидкости.

Средняя кинетическая энергия частиц жидкости примерно равна средней энергии их взаимодействия, поэтому молекулы жидкости и не разлетаются. В газах же кинетическая энергия частиц настолько превышает потенциальную энергию взаимодействия, что частицы оказываются практически свободными и о поверхностном натяжении говорить не приходится.

Но шаровая молния — газоподобное тело, а поверхностное натяжение у «грозового вещества» тем не менее, есть — отсюда и форма шара, которую чаще всего имеет шаровая молния. Единственное вещество, которое могло бы иметь такие свойства — плазма, ионизированный газ.

Плазма состоит из положительных и отрицательных ионов и свободных электронов, то есть из частиц электрически заряженных. Энергия взаимодействия между ними гораздо больше, чем между атомами нейтрального газа, больше соответственно и поверхностное натяжение.

Однако при сравнительно низких температурах — скажем, при 1 000 градусов Кельвина — и при нормальном атмосферном давлении шаровая молния из плазмы могла бы существовать только тысячные доли секунды, так как ионы быстро рекомбинируют, то есть превращаются в нейтральные атомы и молекулы.

Это противоречит наблюдениям — шаровая молния живет дольше. При высоких температурах — 10-15 тысяч градусов — слишком большой становится кинетическая энергия частиц, и шаровая молния должна просто развалиться. Поэтому исследователям приходится использовать сильнодействующие средства, чтобы «продлить жизнь» шаровой молнии, сохранить ее хотя бы несколько десятков секунд.

В частности, П. Л. Капица ввел в свою модель мощную электромагнитную волну, способную постоянно порождать новую низкотемпературную плазму. Другим же исследователям, предполагающим, что молниевая плазма более горячая, пришлось придумывать, как бы удержать шар из этой плазмы, то есть решать задачу до сих пор не решенную, хотя и очень важную для многих областей физики и техники.

А что если пойти по другому пути — ввести в модель механизм, замедляющий рекомбинацию ионов? Попробуем использовать для этой цели воду. Вода — полярный растворитель. Ее молекулу можно грубо представить себе как палочку, один конец которой заряжен положительно, а другой — отрицательно.

К положительным ионам вода присоединяется отрицательным концом, а к отрицательным — положительным, образуя защитную прослойку — сольватную оболочку. Она может резко замедлить рекомбинацию. Ион вместе с сольватной оболочкой называется кластером.

Вот мы и подошли, наконец, к основным идеям кластерной теории: при разрядке линейной молнии происходит практически полная ионизация молекул, входящих в состав воздуха, в том числе и молекул воды.

Образовавшиеся ионы начинают быстро рекомбинировать, эта стадия занимает тысячные доли секунды. В какой-то момент нейтральных молекул воды становится больше, чем оставшихся ионов, и начинается процесс образования кластеров.

Он тоже длится, видимо, доли секунды и заканчивается образованием «грозового вещества» — вещества, похожего по своим свойствам на плазму и состоящего из ионизированных молекул воздуха и воды, окруженных сольватными оболочками.

Правда, пока все это только идея, и нужно посмотреть, может ли она объяснить многочисленные известные свойства шаровой молнии. Вспомним известную поговорку о том, что для рагу из зайца как минимум нужен заяц, и зададим себе вопрос: могут ли образовываться в воздухе кластеры? Ответ утешительный: да, могут.

Доказательство этого в буквальном смысле слова свалилось (а если точнее, было привезено) с неба. В конце 60-х годов с помощью геофизических ракет было проведено подробное исследование самого нижнего слоя ионосферы — слоя D, расположенного на высоте около 70 км. Оказалось, несмотря на то, что на такой высоте воды крайне мало, все ионы в слое D окружены сольватными оболочками, состоящими из нескольких молекул воды.

В кластерной теории предполагается, что температура шаровой молнии меньше 1000°К, поэтому, в частности, от нее нет сильного теплового излучения. Электроны при такой температуре легко «прилипают» к атомам, образуя отрицательные ионы, и все свойства «молниевого вещества» определяются кластерами.

При этом плотность вещества молнии оказывается примерно равной плотности воздуха при нормальных атмосферных условиях, то есть молния может быть несколько тяжелее воздуха и опускаться вниз, может быть несколько легче воздуха и подниматься и, наконец, может находиться во взвешенном состоянии, если плотности «молниевого вещества» и воздуха равны.

Все эти случаи наблюдались в природе. Кстати, то, что молния опускается вниз, еще не значит, что она упадет на землю — прогрев под собой воздух, она может создать воздушную подушку, удерживающую ее на весу. Очевидно, поэтому парение — самый распространенный вид движения шаровой молнии.

Кластеры взаимодействуют между собой значительно сильнее, чем атомы нейтрального газа. Оценки показали, что возникающего поверхностного натяжения вполне достаточно, чтобы придать молнии шаровую форму.

Допустимое отклонение плотности быстро убывает с увеличением радиуса молнии. Так как вероятность точного совпадения плотности воздуха и вещества молнии мала, крупные молнии — больше метра в диаметре — встречаются крайне редко, маленькие же должны появляться чаще.

Но молнии размером меньше трех сантиметров тоже практически не наблюдаются. Почему? Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть энергетический баланс шаровой молнии, выяснить, где в ней хранится энергия, сколько ее и на что она расходуется. Энергия шаровой молнии заключена, естественно, в кластерах. При рекомбинации отрицательного и положительного кластеров выделяется энергия от 2 до 10 электрон-вольт.

Обычно плазма теряет довольно много энергии в виде электромагнитного излучения — его появление связано с тем, что легкие электроны, двигаясь в поле ионов, приобретают очень большие ускорения.

Вещество молнии состоит из тяжелых частиц, ускорить их не так-то просто, поэтому электромагнитное поле излучается слабо и большая часть энергии выводится из молнии тепловым потоком с ее поверхности.

Тепловой поток пропорционален площади поверхности шаровой молнии, а запас энергии пропорционален объему. Поэтому маленькие молнии быстро теряют свои сравнительно небольшие запасы энергии, и, хотя они появляются гораздо чаще крупных, заметить их труднее: маленькие молнии слишком мало живут.

Так, молния диаметром в 1 см остывает за 0,25 секунд, а диаметром 20 см за 100 секунд. Эта последняя цифра примерно совпадает с максимальным наблюдаемым временем жизни шаровой молнии, но существенно превосходит среднее время ее жизни, равное нескольким секундам.

Наиболее реальный механизм «умирания» крупной молнии связан с потерей устойчивости ее границы. При рекомбинации пары кластеров образуется десяток легких частиц, что приводит при той же температуре к уменьшению плотности «грозового вещества» и нарушению условий существования молнии задолго до того, как исчерпается ее энергия.

Начинает развиваться поверхностная неустойчивость, молния выбрасывает куски своего вещества и как бы прыгает из стороны в сторону. Выброшенные куски почти мгновенно остывают, подобно маленьким молниям, и раздробленная большая молния заканчивает свое существование.

Но возможен и другой механизм ее распада. Если в силу каких-либо причин ухудшается отвод тепла, то молния начнет разогреваться. При этом увеличится число кластеров с малым количеством молекул воды в оболочке, они будут быстрее рекомбинировать, произойдет дальнейшее повышение температуры. В итоге — взрыв.

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, несмотря на то, что с ее помощью удалось, по-видимому, понять многие свойства шаровой молнии, было бы ошибкой сказать, что загадки шаровой молнии больше не существует.

В подтверждение один лишь штрих, одна деталь. В своем рассказе В. К. Арсеньев упоминает о тоненьком хвостике, протянувшемся от шаровой молнии. Пока мы не можем объяснить ни причину его возникновения, ни даже что это такое…

Как уже говорилось, в литературе описано около тысячи достоверных наблюдений шаровой молнии. Это конечно, не очень много. Очевидно, что каждое новое наблюдение при тщательном его анализе позволяет получить интересную информацию о свойствах шаровой молнии, помогает в проверке справедливости той или иной теории.

Поэтому очень важно, чтобы как можно больше наблюдений стало достоянием исследователей и чтобы сами наблюдатели активно участвовали в изучении шаровой молнии. Именно на это направлен эксперимент «Шаровая молния», о котором будет рассказано дальше.

Источник: http://xroniki-nauki.ru

Шаровая молния – это таинственное и непонятное явление, природа которого неясна до сих пор. Редкое явление, с которым человечество знакомо тысячи лет, до сих пор не разгадано наукой. Но шаровая молния – именно такое явление. Ведет она себя совершенно непредсказуемо. То она свободно проходит сквозь стекла, то гуляет по воздуху, как по ветру, так и против него, то «вдувается» в комнату через штепсельную розетку


Иногда шаровая молния ведет себя шаловливо. Вот что пишет об этом Фламмарион.
29 августа 1791 г. недалеко от города Павии к молодой крестьянской девушке подкатил огненный шар, величиной с «два кулака», проскочил к ней, простите, под юбку, покрутился там немного и вышел из-под корсажа, не теряя круглой формы. В момент нахождения шара под юбкой последняя расширилась как открытый зонтик. Девушка осталась цела и невредима, но нижняя рубашка ее была изорвана в клочья.

Рассказывать о всех проделках шаровых молний не хватит ни времени, ни места. В общей сложности учеными собрано несколько тысяч описаний шаровой молнии, отличающихся друг от друга. Часто эта молния залетала в дома . Однако особенно примечателен «опыт с бочонком», описанный английским профессором Б. Гудлетом. Никто не планировал этот эксперимент, просто обстоятельства сложились столь удачно, что профессор даже смог достаточно точно подсчитать внутреннюю энергию (энергоемкость) шаровой молнии.
Шаровая молния размером с большой апельсин (диаметром 10—15 см) залетела в дом через окно на кухне и оказалась в бочонке с водой. Хозяин дома, присутствовавший при этом и со страхом ожидавший развязки, заметил, что вода в бочонке, недавно принесенная из колодца, кипит. Вскоре вода перестала кипеть, но и 20 минут спустя в нее нельзя было опустить руку. Шаровая молния, израсходовав свою энергию на кипячение воды, исчезла без взрыва. Похоже, она в течение нескольких минут находилась под водой, поскольку ее не было видно.



Шаровая молния ,залетевшая в дом.(Со старинного рисунка)


В бочонке помещалось около 16 л воды, значит, энергия, необходимая для ее кипячения, должна составлять от 1 до 3,5 кВт·ч.

В действительности энергия молнии наверняка была еще больше, так как по пути к бочонку пережгла телеграфные провода и опалила оконную раму.

Профессор Гудлет определил также плотность энергии молнии. Зная примерный объем шаровой молнии – около 1 л и взяв средний показатель плотности 0,01 г/см3, он получил массу 10 г. Это типичная для шаровой молнии масса, в пределах 0,5 – 50 г. Плотность энергии молнии оказалась соответственно 100 кВт·ч, или 360 МДж/кг на 1 кг массы! То есть плотность энергии шаровой молнии в сотни и тысячи раз выше, чем у лучших электрохимических аккумуляторов!

«Опыт с бочонком» не был уникальным. Во все последующие времена всегда попадание шаровых молний в баки, канистры и ведра с водой вызывало вскипание их содержимого. Просто «опыт с бочонком» профессора Б. Гудлета наиболее подробно и достоверно разобран ученым, а не простым обывателем.

Американский исследователь Гарольд У. Льюис высказал мнение, что если бы объем шаровой молнии был заполнен напалмом или желеобразным бензином, то энергия напалмового шара равнялась бы энергии шаровой молнии таких же размеров. Правда, плотность энергии в этом случае будет в несколько раз меньше – около 50 МДж/кг, так как плотность напалма больше, чем шаровой молнии, но и это чрезвычайно много!

Из множества попыток объяснить природу шаровой молнии пока ни одна не увенчалась успехом. Внимание привлекают две противоположные гипотезы. Согласно первой из них, выдвинутой в XIX в. знаменитым французским ученым Домиником Араго, шаровая молния – особое соединение азота с кислородом, энергия взаимодействия которых и расходуется на существование шаровой молнии. Этой же точки зрения придерживался французский астроном и физик Матиас, который полагал, что энергия шаровой молнии вчетверо больше, чем энергия такого же шара, наполненного нитроглицерином.

К сожалению, подобных соединений химикам создать пока не удалось, хотя, как можно судить по некоторым сообщениям, надежд на это они все-таки не теряют. Уверяют, что горение этих соединений по своему эффекту будет мало чем отличаться от взрыва шаровой молнии.

Известный физик Я. И. Френкель, сторонник первой гипотезы, считал шаровую молнию сфероидным вихрем смеси частиц пыли или дыма с химически активными (из-за электрического разряда) газами. Такой шар-вихрь, подчеркивал ученый, способен на длительное независимое существование. Действительно, согласно наблюдениям, шаровая молния появляется в основном при электрическом разряде в запыленном воздухе и оставляет после себя дымку с острым запахом.

Недавно открытое учеными явление хемилюминесценции вновь вызвало интерес к первой гипотезе возникновения шаровой молнии. Ряд исследователей утверждает, что шаровая молния не что иное, как хемилюминесцентное образование (ХЛО), которое тоже наблюдается в запыленном воздухе.

Так или иначе, но эта первая гипотеза, по которой вся энергия шаровой молнии находится внутри ее самой, кажется реальнее остальных. Она позволяет считать шаровую молнию накопителем энергии.

Противоположную точку зрения на происхождение шаровой молнии высказал академик П. Л. Капица. Прежде всего, он считает неприемлемой первую гипотезу, так как она якобы противоречит закону сохранения энергии. «Если в природе, – пишет П. Л. Капица, – не существует источников энергии, еще нам не известных, то на основании закона сохранения энергии приходится принять, что во время свечения шаровой молнии непрерывно подводится энергия, и мы вынуждены искать этот источник энергии вне объема шаровой молнии».

При этом П. Л. Капица ссылается на высвечивание сияния шаровой молнии. Время высвечивания сияющего шара прямо пропорционально его диаметру. Экспериментальные ядерные взрывы показали, что огненное облако диаметром в 150 м высвечивается примерно за 10 секунд. Стало быть, шаровая молния диаметром 10 см (наиболее вероятный ее размер) высветится всего за 0,01 секунды!

Исходя из этого, П. Л. Капица полагает, что шаровую молнию, существующую в тысячи раз дольше расчетного времени, питают приходящие извне радиоволны, преимущественно длиной 35—70 см. Взрыв шаровой молнии объясняется внезапным прекращением подвода энергии (например, если резко меняется частота электромагнитных колебаний) и представляет собой простое «схлопывание» разреженного воздуха.

Хотя эта теория нашла горячих приверженцев, многое в ней не соответствует наблюдениям. Во-первых, радиоволны в диапазоне 35—70 см, появляющиеся в результате атмосферных разрядов, современными радиоустановками пока не зафиксированы. Во-вторых, эта теория не соответствует «опыту с бочонком». Вода является практически непреодолимой преградой для радиоволн. Если бы даже их энергия передалась воде мгновенно, это не вызвало бы сколько-нибудь заметного ее нагрева.

Неувязка получается и со взрывом шаровой молнии. Хорошо известно, что этот взрыв способен вызвать большие разрушения. Шаровая молния легко переламывает толстенные бревна, волочит по земле тяжелые предметы, переворачивает трактора, совершает другие силовые трюки. Взрыв молнии, нередко оглушительный, способен разнести в куски прочнейшие предметы. Был даже случай, когда шаровая молния нырнула в реку и взорвалась там, подняв огромный фонтан воды. "Схлопывание" же разреженного воздуха по своему эффекту напоминало бы скорее лопающийся резиновый воздушный шарик.

Что касается высвечивания, которое приводят в качестве основного аргумента критики гипотезы внутренней энергии шаровой молнии, то длительность его вовсе не противоречит закону сохранения энергии при допущении, что энергия переходит в свечение не сразу, а постепенно. Если внутренняя энергия шаровой молнии как накопителя выделяется медленно, то свечение может продолжаться достаточно долго. Так, например, 1 л легкого газа ацетилена, медленно сгорая в воздухе, обеспечивает яркое свечение, соизмеримое с силой света шаровой молнии, в течение нескольких десятков секунд. А ведь вещество шаровой молнии может таить энергию и в сотни раз большую.

Загадка шаровой молнии останется неразгаданной, пока не удастся получить шаровую молнию искусственно. Возможно, что, добившись этого, человек будет иметь едва ли не самый емкий аккумулятор энергии!


Источник: http://scisne.net/t516

Файл №1537


Уважаемый Анатолий!

Я пытался вставить видео "живой шаровой молнии", но у меня не получилось. Поэтому вставил её в файл. Не уверен, что файл этот открывается. Но если даже и открывается простому посетителю, то "живая шаровая молния" в "застывшей картинке".

Уважаемый Киммак!

Все же мне кажется это не шаровая молния. Это похоже, но отдаленно. Это что-то другое.
Могу ошибаться, но такое мнение не только у меня одного.
И "поведение" этого искусственного образования и форма разные и отличаются от "классической" шаровой молнии.

Уважаемый Анатолий!

Дело в том, что широко известное тысячелетия природное явление под устоявшимся названием «шаровая молния» на самом деле является лишь одним проявлением широкого круга явлений природы, которые называют «аномальные самосветящиеся образования (объекты)». Вот выдержка из одной только статьи.

Шаровые молнии . Наиболее известное и изученное аномальное явление, описанное во многих статьях и монографиях. В публикациях не описано свойство левитации , но его трудно наблюдать при относительно малых размерах шаровой молнии (диаметр 10--30 см).
1. Природные самосветящиеся образования, или плазмоиды . Эти образования - крупномасштабные (10 м и более) явно самосветящиеся объекты, наиболее часто встречающиеся в районах разломов земной коры (в энергоактивных зонах Земли). Их физические свойства совпадают с физическими свойствами шаровых молний.
2. Полтергейст . Аномальное явление, которое связано с шарообразным слабо светящимся телом, проникающим в стены помещений, обладающим электрическим и магнитным полями, способным убивать людей.
3. Торнадо . Хорошо известное по телевидению, радио и печати разрушительное вихреобразное движение воздуха, совершенно явно связанное с природными самосветящимися образованиями ( большими шаровыми молниями внутри столба торнадо и роями шаровых молний ).
Ангелы . Вид характерных радиолокационных помех. Операторы РЛС уже давно научились отличать ангелов от целей - самолётов и ракет. Следует отметить, что ангелы обнаруживают в местах разломов земной коры. Получается так, что в километрах над разломами обнаруживают ангелов , а непосредственно над разломами обнаруживают природные самосветящиеся образования . В этой связи не трудно предположить, что те и другие одно и то же.
1. Малые кометы, или атмосферные дыры . Движущиеся к Земле из Космоса тела (от 5 до 20 в минуту с размерами с пригородный домик ). Обнаружены с американских спутников (1982 г.) при фотографировании в ультрафиолете открытых пространств космоса. Первоначально было сделано предположение, что эти тела состоят изо льда. Но эта гипотеза не нашла подтверждения. В частности, на Луне не были обнаружены соответствующие падению льда сотрясения лунной поверхности сейсмографами, оставленными кораблями Аполлон .
2. Ионосферные и атмосферные взрывы . Это нерукотворные взрывы в верхних слоях атмосферы и в ионосфере Земли.

3. Спрайты (sprites), эльфы (elves), джеты (jets) . Виды свечений в верхней части грозового облака при вспышках молний в нижней части этого облака. Спрайты - кратковременное (~100 микросекунд) свечение красного цвета в области диаметром около 30 км на высоте 20-100 км над облаком. “Джеты” - сопровождающее спрайты боковое свечение голубого цвета в виде стартующей из облака на высоту ~40км ракеты . Эльфы - сопровождающее спрайты кольцевое свечение в радиусе более 100 км, возникающее по достижении возмущением от спрайтов нижней кромки ионосферы. Эти свечения исследуются в США по программе SPACE SHUTTLE и по другим программам.
Свечения при землетрясениях и вулканических извержениях . Свечения, очень похожие на природные самосветящиеся образования, сложно во времени связаны с основными событиями, возникают как до, во время, так и после землетрясений и извержений вулканов. Однако эти свечения почти всегда сопровождают рассматриваемые явления.
C группированные ПСО имеют одну особенность: при их наблюдении отмечалось присутствие объектов в виде призрачных самосветящихся тел, «призраков», разных размеров и форм, но, как правило, эллипсоидной формы. Дмитриев обратил внимание на то, что такие же полупрозрачные самосветящиеся тела присутствуют в шаровых молниях, торнадо, полтергейсте и даже в НЛО. Такое общее свойство позволяло сделать предположение, что все эти феномены - разновидность одного и того же физического явления, имеющего много вариантов своего проявления.


Застывшую картинку из видео сделал я, поскольку само видео не вставлялось в комментарий, а получил видео от физика-теоретика В. С. Леонова — автора Теории Суперобъединения (ТС). Свечение длится примерно 25 секунд. Это типичное время жизни шаровых молний. В. С. Леонов может воспроизводить «шаровые молнии в банке с водой" практически в любое время. Он уже лет 10 назад разработал теорию шаровой молнии на основе своей ТС.

В тысячах наблюдений шаровых молний их форма не всегда была шаровой. Многие имели "достаточно длинные "хвосты", иногда "протуберанцы толстых хвостов".

Никто не обратил внимание, что ШМ свободно плавает в воздухе, но в расчетах Гудлета взята плотность ШМ 10 г/литр? Т.к. плотность воздуха почти в 10 раз меньше, ШМ должна падать (если нет ветра).

В том то и дело Александр.
Да еще не только парить в воздухе, но и двигаться против ветра.
Шаровая молния имеет много "странностей" и ведет себя очень необычно.

Шаровая молния из "громовой машины".

Шаровая молния до сих пор остаётся загадкой. Многочисленые попытки получить в эксперименте шаровую молнию, используя сильноточные разряды, сфокусированное СВЧ-излучение, горение смеси различных газов, к успеху не привели. Тем более интересен эксперимент, который, как считается, привёл к созданию первой искусственной шаровой молнии, проведённый почти 250 лет назад в России, в
городе Петербурге. Шаровая молния (или явление, внешне похожее на неё), была получена совершенно случайно на изобретённой профессором Г.В. Рихманом установке 6 августа 1753г. Эта установка («громовая машина» по выражению М.В.Ломоносова, см.рисунок) состояла из незаземлённого молниеотвода, размещённого на крыше лаборатории, который подсоединялся к электрометру, находящемуся в лаборатории, состоящему из изолированного металлического прута - «линеала», погружённого в «хрустальный стакан» (видимо, стеклянный) с медными опилками, «чтоб электрическая сила из углов не терялась» и квадранта с градусной шкалой. Эти очень опасные эксперименты проводились во время грозы, и их целью было измерение величины электрического поля в атмосфере. Во время грозы 6 августа 1753г. Свидетели, находившиеся вне лаборатории, видели, как молния ударила в металлический стержень на крыше (молниеотвод). Как следует из записки гравёра Петербургской Академии наук Соколова, находившегося в это время в лаборатории вместе с профессором Рихманом и наблюдавшего за этим экспериментом, он заметил бело-голубой шар, размером с кулак, который отделился от стержня электрометра и ударил профессора Рихмана, стоявшего примерно в полушаге от установки, прямо в лоб. Когда шар коснулся Рихмана, раздался треск, подобный выстрелу из пистолета, а раскалённые куски проволоки от аппарата задели гравёра и зажгли на нём одежду. Профессор Рихман погиб на месте. 27 мая 1986г. автором данной статьи была сделана попытка смоделировать процессы, произошедшие во время этого эксперимента. Можно предположить, что основной причиной появления огненного шара (предположительно, шаровой молнии), был сильноточный разряд через «линеал» и медные опилки в «хрустальном стакане». Для моделирования этого процесса была сделана установка, в которой батарея конденсаторов разряжалась через слой медных опилок, находившихся в латунном стакане, диаметром 40 мм и высотой 50 мм. В медные опилки был погружён медный стержень – анод, толщиной 6 мм. Для увеличения электропроводности медные опилки были смочены несколькими каплями 20 % раствора NaCl . Коммутация разряда батареи конденсаторов осуществлялась симистором ТС-125, который открывался после замыкания синхроконтактов фотоаппарата (выдержка при фотографировании разряда составляла 130 сек.). Судя по плазменным лучам, сила тока во время разряда достигала 10000 – 12000 ампер (средняя сила тока в канале молнии 15000-20000 ампер). Таким образом, можно считать, что необходимые условия для имитации удара молнии были достигнуты.

Из установки вылетел шар бело-жёлтого цвета, диаметром около 5 см, с ярким голубым ореолом. Шар слабо пульсировал, в такт с пульсацией изменялась его яркость – увеличивалась при увеличении и уменьшалась при уменьшении диаметра шара. Шипя и потрескивая, он проплыл по воздуху около 1,5–2 метров и внезапно, с оглушительным грохотом распался на несколько десятков шариков диаметром около 1-1,5 см, часть которых веером разлетелась по комнате, другие взлетели к потолку и медленно опустившись на пол, погасли (в этих местах на полу были подобраны маленькие медные шарики, размером около 0,5 мм). Всё явление длилось примерно 7-8 секунд. Резко запахло озоном. При осмотре установки выяснилось, что на аноде образовался кратер, диаметром 3 мм и глубиной 2 мм. Остаточное напряжение на конденсаторах составляло около 36 вольт. Повторно опыт не проводился из-за теплового пробоя симистора. Маленькие медные шарики, подобранные на полу, хранились в пробирке. Через несколько недель было замечено, что они покрылись каким-то рыхлым красноватым налётом. После проведённого химического анализа выяснилось, что это окись железа – обыкновенная ржавчина, что довольно странно, поскольку в установке не было железных частей, а исходные материалы – медные опилки, медный стержень - анод, латунный стакан, как показал качественный анализ, железа не содержали.
Как вставить фотографию?

Спасибо за статью.
Что бы поставить фото. Попробуйте зарегистрироваться на сайте.