2

Содержание

• 1. Общее представление о шаровой молнии 3
• 2. Наблюдения шаровой молнии 3
• 3. Внешний вид и свойства шаровой молнии 11
• 4. Поведение шаровой молнии 12
• 5. Энергетика шаровой молнии 13
• 6. Как возникает шаровая молния 13
• 7. Частота появлений шаровой молнии 15
• 8. Природа шаровой молнии 16
• 9. Физическая природа шаровой молнии 24
• 10. Гипотеза квантовой природы шаровой молнии 25
• 11. Опасность шаровой молнии 29
• 12. Защита от шаровой молнии 30
• 13. Рекомендации 32
• Список литературы 34

1. Общее представление о шаровой молнии

В представленной работе будет идти речь об одном из самых интересных - с точки зрения физики - явлений природы - шаровой молнии. Шаровой молнией принято называть светящиеся образования, по форме напоминающие шар. Это явление возникает иногда во время грозы в воздухе, чаще всего, вблизи поверхности. Всегда сопровождаясь обычной молнией, шаровая молния сильно отличается от неё и по своему поведению, и по внешнему виду. В отличие от обычной (линейной) молнии, шаровая не сопровождается громом, она практически бесшумна. С другой стороны, шаровая молния может существовать до нескольких минут, тогда как обычная молния характеризуется кратковременностью. Поведение шаровой молнии является совершенно непредсказуемым. Абсолютно невозможно предсказать направление, в котором в следующее мгновение переместится светящийся шар и чем завершится его появление (взрывом или простым исчезновением).

Существует множество вопросов, касающихся шаровой молнии. Каким образом она попадает в закрытые помещения? Что служит предпосылками для ее появления? Почему она светится, но при этом не излучает тепла? Из-за чего ее форма столь длительное время остается неизменной? Эти и некоторые другие вопросы пока остаются без ответа.

2. Наблюдения шаровой молнии

Не смотря на то, что обилие фактов о наблюдениях неопознанных летающих объектов (НЛО) с течением времени неуклонно растет, как и количество гипотез, пытающихся объяснить этот феномен, тем не менее, по-видимому, проблема еще далека от какого-либо однозначного объяснения. Однако это не означает, что любая, из выдвигаемых гипотез или любое утверждение, претендующие на научность, может быть приемлема для объяснения феномена аномальных явлений.

Среди множества гипотез, пытающихся объяснить физическую сущность и природу НЛО, все чаще появляется в разных вариантах идея отождествления неопознанных летающих объектов с шаровой молнией (ШМ). Впервые эта мысль была высказана в 1980 году на страницах книги "За гранью законов науки" Имянитовым И.М. и Тихим Д.Я., в которой авторы делают попытку убедить читателей в том, что шаровые молнии и НЛО явления одного порядка. Потом, через десять лет в журнале "Химия и жизнь" (N 10. 1990 г., с.49-51) кандидат технических наук Месеняшин А.И. в статье "НЛО - это пузыри?" опять подхватывает, как эстафетную палочку, идею упомянутых авторов об идентичности ШМ и НЛО, основываясь на внешней, в ряде случаев, схожести этих явлений. Подобную гипотезу отстаивал в то время и известный писатель-фантаст Борис Стругацкий.

Действительно, при наблюдениях, особенно с больших расстояний, внешние признаки ряда НЛО и ШМ могут похожи. Часто среди тех и других феноменов встречаются шарообразные и яйцевидные объекты с преобладанием белого, желтого, оранжевого цветов. НЛО и ШМ могут беззвучно перемещаться, тяготея, в ряде случаев, к проводникам и источникам электрического тока, а подчас и оставляя следы воздействия на предметах или на грунте. Имеют место и другие сходные характеристики, присущие этим объектам. Но можно ли на основании этих совпадений утверждать, что указанные явления имеют одну природу? Нам представляется, что подобные заявления слишком поспешны и поэтому приносят больше вреда, чем пользы.

Еще в 1982 году кандидат физико-математических наук, сотрудник астрономического института им. П.К.Штернберга Гиндилис Л.М. и автор настоящей статьи провели сравнительный анализ временного распределения шаровых молний и аномальных аэрокосмических явлений над территорий СССР. А через год эта работа докладывалась на заседании Ленинградской Комиссии по аномальным явлениям при Географическом обществе СССР. В основу этой работы легли сообщения очевидцев о 370 наблюдениях ШМ и 1584 наблюдения аномальных явлений за период 1900-1980 год.

Эти массивы исследовались по следующим временным характеристикам: годам, месяцам, времени суток, длительности явлений. В результате проведенного анализа выяснилось, что найденные закономерности во временном распределении показывают по всем четырем изученным характеристика существенные различия между ШМ и НЛО. Так, например, пики наблюдений этих объектов по годам, месяцам и времени суток не совпадают. Если, допустим, пик наблюдений АЯ-НЛО приходится на 20-21 час местного декретного времени, то для ШМ он лежит в диапазоне 12-16 часов. Тоже можно сказать и о сравнительном распределении исследованных объектов по времени существования. Многие наблюдения очевидцев, в том числе вошедшие в наш сравнительный анализ показывают, что большинство НЛО в среднем наблюдаются на протяжении 1-19 минут, хотя известны и многочасовые наблюдения. Для шаровых молний среднее время наблюдения значительно меньше и максимум, соответственно, лежит в интервале 2-20 секунд, а наблюдений протяженностью более 4 минут ни в нашем сравнительном анализе, ни в других источниках не отмечено. По-видимому, длительность наблюдения шаровых молний определяется временем их существования.

Необходимо отметить резкое различие между ШМ и НЛО в части их линейных размеров. Если размеры НЛО, по данным различным источникам, в том числе и дистанционным приборным измерениям, могут достигать десятков и сотен метров, то максимальные размеры ШМ лежат, в пределах 1-3 метра. Шаровые молнии больших размеров, как правило, не встречаются. Большинство же ШМ имеют размеры 7-30 см.

Можно было бы еще долго обсуждать различия между ШМ и НЛО, но и из вышесказанного можно сделать вывод, что эти объекты представляют собой различные классы явлений. А это означает, что, говоря о ШМ и НЛО, не следует по нескольким совпадающим характеристикам пытаться объяснить "заодно" и другие особенности этих объектов.

Ведь, строго говоря, ни для ШМ, ни для НЛО в настоящее время нет ни одной теории, которая бы полностью охватывала весь комплекс присущих этим феноменам характеристик и эффектов. Поэтому любые попытки проведения каких-либо корреляций между ШМ и НЛО должны базироваться на четко установленных закономерностях, а не на интуитивном "подтягивании" внешне похожих фактов, имеющих, возможно, совершенно различную природу.

Какие только жуткие истории не рассказывают время от времени о проделках шаровой молнии. Это и оплавленный металл, и согнутые в "бараний рог" здоровенные двутавровые балки, и вскипяченная за считанные секунды вода в огромных бочках, куда залетала не в меру любопытная ШМ, и многое другое. Можно ли хоть как-то объяснить эти, подчас далеко не невинные "забавы" огненного шара?

Не смотря на то, что феномен ШМ был известен нашим предкам с древнейших времен, наука, по сути дела, на сегодняшний день не имеет пока ни одного достаточно четкого объяснения этого явления. В средние века, скажем, все обстояло значительно проще - непонятные, и страшные явления автоматически относились к деятельности Сатаны или Дьявола. Да и сейчас, не смотря на обилие накопленных фактов, ответ на вопрос о физической сущности ШМ далек от однозначного объяснения. Известно, что шаровая молния представляет собой ярко светящееся образование, неподвижно висящее в воздухе или плавно и беззвучно плывущее на небольшой высоте от поверхности Земли. Иногда ШМ заканчивает свое существование тихо и спокойно, как будто кто-то ее выключает, а иногда взрывается с оглушительным грохотом, разбрасывая, разрушая и корежа все находящиеся вокруг предметы. Известны случаи, когда при взрыве ШМ ломались, как спички, телеграфные столбы толщиной в 15 сантиметров, рвались толстые провода линий высоковольтных передач. И это не случайно, так как давно известны, что шаровые молнии очень "неравнодушны" к электричеству и металлическим проводникам. Описаны даже случаи, когда ШМ прямо с улицы, по скрытой в стене проводке, продирались в квартиру, или как ни в чем не бывало, появлялись... из розетки электрической цепи.

Не однократно досаждали шаровые молнии пилотам самолетов и вертолетов. В рапортах летчиков иной раз встречаются прямо-таки фантастические описания проделок ШМ, хотя, не смотря на загадочность, сообщения были строго документированы и расписаны по минутам. Удивительно, но факт, что шаровая молния, в ряде случаев, непонятно каким образом и без каких-либо усилий, проникает на борт самолета, летящего на крейсерской скорости, на высоте нескольких километров. После проникновения на борт, ШМ, как правило, устремляется прямо в кабину пилотов или в пассажирский салон или к двигателям. Полетав там несколько десятков секунд, она, либо бесшумно вылетает "на волю", либо взрывается, выводя из строя приборы и заставляя совершать рискованную вынужденную посадку. Несколько раз после такой посадки летчики находили в металлических бортах своих машин дыры в несколько сантиметров диаметром.

В марте 1991 года такой случай произошел в пассажирском самолете, выполнявшим короткий рейс по маршруту Тбилиси - Сочи. В июле 1989 года в Ульяновске шаровая молния "напала" на трамвай. К счастью, обошлось без жертв. По команде водителя пассажиры успели вовремя покинуть вагон, и через несколько секунд под его днищем сверкнула, прижатая к дороге ШМ. Раздался звук раздираемого металла, и корпус трамвая стал разваливаться как под ножом автогена. А через несколько секунд трамвай вспыхнул огнем, как бензиновая канистра.

Можно было бы привести еще множество подобных и иных примеров воздействия ШМ на окружающую среду. И все равно перечень "проделок" этой своенравной "огненной дамы" был бы далеко не полным. К слову, большинство наблюдений ШМ так и не получили убедительных объяснений относительно ее физической сущности и "принципа действия". Сейчас известно, что ШМ появляется во время грозы и порождает ее, видимо, линейная молния. Но все ли так просто? Известны случаи, когда шаровая молния появлялась в воздухе как бы неоткуда, в сухую ясную погоду, когда на небе не было не облачка. Откуда же она тогда бралась? И была ли это шаровая молния? А может, этот был какой-то таинственный объект, просто внешне похожий на ШМ

Многие люди почему-то убеждены, что шаровая молния очень горячая, раз имеет возможность светиться. Однако из 294 случаев близких наблюдений ШМ (с расстояния менее 1 метра), по данным физика И.Стаханова, в 269 случаях свидетели не отмечали никакого тепла. А в описанном случае появления ШМ из комнатной розетки, неожиданная гостья даже "оседлала" на несколько секунд палец на руке очевидца, но тот кроме легкого покалывания ничего не почувствовал. Следовательно, гипотезы, объясняющие происхождение и энергию ШМ внутренними химическими процессами, а тем паче высокотемпературной плазмой (наподобие термоядерной реакции) далеко не всегда могут объяснить физическую природу шаровой молнии.

Не вдаваясь в полемику многочисленных авторов гипотез о ШМ, отметим, что пока не существует ни одной, которая была бы подтверждена прямыми лабораторными опытами получения шаровой молнии в натуральную величину. Статистика показывает, что диаметр шаровой молнии, как правило, бывает в пределах 7-30 сантиметров.

Особого рассмотрения требуют те редкие случаи, когда объектами "нападения" шаровых молний становятся животные и люди. К сожалению, таких инцидентов известно немало. Так, в августе 1927 года в деревне Сушино Псковской области, шаровая молния, взорвавшаяся при ударе о дуб, убила пять коров и 22 овцы. Сам дуб разлетелся в щепки. В другом случае, шаровая молния, не дождавшись отправки животных на бойню, лично уничтожила 18 коров. Но бывают и еще более трагичные происшествия. В 1936 году в одном из уфимских колхозов связист был убит ШМ, выскочившей из... телефонной трубки, которую он ремонтировал. А в 1958 году внезапно выскочивший из электрической розетки шар диаметром 30-35 сантиметров, опалил шерсть собаки, потов вылетел из окна дома и убил человека, сидевшего на уличной скамейке. Видимо, "логику" поведения ШМ нам постичь будет трудно.

Не менее удивительная история произошла с пятью альпинистами 17 августа 1978 года. Преодолев сложнейший подъем на пик Трапеция, что на Северном Кавказе, спортсмены не смогли спуститься в этот же день из-за сильного снегопада и тумана. Ими было принято решение остановиться на ночлег чуть ниже вершины, на высоте 3900 метров над уровнем моря. С трудом вся группа разместилась в одной маленькой палатке, оставив все металлическое снаряжение в нескольких метрах на снегу. Вдруг среди ночи раздались крики и стоны. Временами людей сотрясали конвульсии, сопровождаемые сильной болью. Чудом не пострадавший альпинист вызвал по радио спасателей.

Уже в Московском ожоговом центре выяснилась, что за несколько секунд до нападения, один из альпинистов видел какие-то желтые всполохи. Он то и предположил, что это была шаровая молния, хотя, как показал дополнительный опрос, никто огненного шара визуально не видел. Тем не менее, врачи были озадачены тем, что на телах некоторых альпинистов зияли огромные ожоги III-IV степени (до 25 сантиметров в длину). Местами человеческое мясо было просто выжжено и обуглено. Один аз спортсменов погиб, из-за шока, так как у него была выжжена селезенка. Он единственный, кто спал в эту ночь на коврике, изолировавшим его от земли.

После выписки альпинистов из больницы дополнительный осмотр их снаряжения показал, что на палатке и в спальных местах были какие-то странные отверстия, диаметр которых увеличивался от 5 миллиметров до 10 сантиметров по мере приближения к человеческим телам. Происхождение этих отверстий так и осталось не выясненным, хотя концы нитей свитера у одного из альпинистов свидетельствовали о том, что они были чем-то прожжены!

Как бы то там ни было, но многочисленные истории о "свиданиях" с шаровой молнией свидетельствуют далеко не о миролюбивых качествах ее "характера". На основании тщательного изучения особенностей таинственной "огненной дамы" были сформулированы основные правила безопасности при встречей с шаровой молнией.

Один из случаев возникновения шаровой молнии был описан М.В. Ломоносовым, который подробно исследовал на месте последствия происшедшего. Упомянутый случай произошел 26-го июля 1752 г в Петербурге в результате неудачного эксперимента, проведенного в Физической лаборатории Петербургской Академии наук. Его проводил профессор Г. В. Рихман. Целью данного эксперимента являлось исследование влияния грозы на устройство для измерения атмосферного электрического поля, изобретенное самим профессором. Погода благоприятствовала проведению эксперимента: с утра было душно, а к середине дня сгустились тучи, началась гроза. Вместе с Рихманом в лаборатории находился его друг-гравер Академии наук.

Для того, чтобы уловить молнию, измерительное устройство Рихмана было соединено с металлический стержнем, выходящим на крышу. Когда в стержень попала молния, вблизи устройства вдруг появился светящийся голубой шар размером с кулак. Стоящий в полушаге от устройства Рихман был убит ударом прямо лоб. Раздался громкий треск, похожий на выстрел. На гравере загорелась одежда от раскалившейся проволоки от устройства. Все вышеперечисленное не оставляет никаких сомнений в том, что Рихман был убит шаровой молнией.

Описанному выше происшествию были свидетели, оказавшиеся на улице вблизи лаборатории, которые видели, как в металлический стержень на крыше попала молния. Имеется также гравюра, сделанная гравером, очевидцем трагической смерти Рихмана.

Другой случай был описан французским физиком Д'Араго, который в первой половине 19-го века собрал сведения о 30-ти случаях наблюдения шаровой молнии. Вот один из них:

“ После сильного удара грома в открытую дверь влетела бело-голубая шарообразная масса диаметром 40 см и начала быстро двигаться по комнате. Она подкатилась под табурет, на котором я сидел. И хотя она оказалась у моих ног, тепла я не ощутил. Затем шаровая молния притянулась к батарее и исчезла с резким шипением. Она оплавила участок батареи диаметром 6 мм, оставив лунку глубиной 2мм”.

3. Внешний вид и свойства шаровой молнии

1. Во-первых, почему их называют шаровыми? Подавляющее большинство свидетелей говорят, что видели шар. Правда, встречаются и другие формы - гриб, груша, капля, тор, линза или просто бесформенные туманообразные сгустки.

2. Цветовая гамма довольно разнообразна - молния может быть желтая, оранжевая, красная, белая, голубоватая, зеленая, от серого до черного. Кстати, есть много документальных подтверждений, что она бывает неоднородного цвета или способна его менять.

3. Наиболее типичным для шаровых молний является размер от 10 до 20 см. Реже встречаются размеры от 3 до 10 см и от 20 до 35 см.

4. По поводу температуры мнения специалистов расходятся. Чаще всего упоминается 100-1000 градусов Цельсия. Молния способна проплавить стекло, пролетев через окно.

5. Плотность энергии - это величина энергии, приходящаяся на единицу объема. У шаровой молнии она рекордная. Те катастрофические последствия, которые мы иногда наблюдаем, не дают возможности в этом усомниться.

6. Интенсивность и время свечения колеблются от нескольких секунд до нескольких минут. Шаровая молния может светить, как обыкновенная лампочка в 100 Вт, но иногда она может ослепить.

7. Распространено мнение о том, что шаровая молния плывет, медленно вращаясь, со скоростью 2-10 м/сек. Догнать бегущего человека для нее не составляет труда.

8. Свои визиты молния обычно заканчивает взрывом, иногда распадается на несколько частей или просто угасает.

4. Поведение шаровой молнии

С уверенность можно сказать только одно: шаровая молния любит проникать в дома. Хотя иногда не делает этого, несмотря на то, что имеет неплохие шансы. Летает в зависимости от внешних условий. Она подвержена разнообразным воздействиям, начиная от земного притяжения и заканчивая электромагнитным полем. Вот какое будет преобладать, так она и полетит. Сказать точно, что она притягивается к металлическим предметам нельзя, но все равно при ее появлении за металл лучше не хвататься. Форточки тоже лучше закрыть, ведь сквозняк - одна из самых сильных направляющих сил (но против ветра ШМ тоже летать умеет). Являются ли стекла защитой от ШМ - не известно. Существуют фотографии стеклянных окружностей, оставшихся после ее визита. Помогут ли тут шторы - тоже загадка. Но по всей видимости должны. А вот отсутствие сквозняка не дает гарантию. Она умеет проникать в любые, самые незаметные щели, "превращаясь при этом с сосиску". Однако, скорее всего вылетать подобным образом она не будет. Препятствия на пути ШМ не пугают. Но в большинстве случаев ее касание с чем-то заканчивается для нее плохо. Итог здесь таков: в силу своих свойств какие-то предметы ШМ облетает, причем с завидной аккуратностью, а в какие-то врезается, как будто незаметлив. И предугадать это невозможно.

5. Энергетика шаровой молнии

Проанализировав последствия, оставленные шаровой молнией после своего исчезновения, можно оценить ее наименьшее количество энергии. Используем данные сообщения одного из наблюдателей: “Она оплавила участок батареи диаметром 6 мм, оставив лунку глубиной 2 мм”.

Значит, молния испарила около 0,45 г железа, затратив при этом энергию, равную 4 кДж. Ясно, что далеко не вся энергия шаровой молнии была израсходована на испарение небольшого участка батареи. Исходя из этого можно сделать вывод о нижней границе энергии молнии: эта энергия оказывается в пределах нескольких килоджоулей.

В другом сообщении было указано, что деревянная причальная свая диаметром 30 см торчащая из воды была расщеплена на длинные щепки вдоль волокон шаровой молнией диаметром 30 см.

Из этого следует, что шаровая молния диаметром 25 см имеет энергию в пределах примерно 100 кДж. Такая оценка согласуется с результатами достаточно большого числа наблюдений, поэтому ее можно считать вполне правдоподобной.

6. Как возникает шаровая молния

Термином "шаровая молния" определяется одиночная светящаяся стабильная и сравнительно небольшая масса воздуха, наблюдаемая в атмосфере, связанная с грозовыми явлениями и естественной молнией.

Одним из поражающих факторов для шаровой молнии является аэротоксический. Молния порой выделяет столь токсичные вещества, что люди отравляются ими чрезвычайно быстро. Люди не сгорали и не получали поражения от электрического разряда, а были отравлены веществами, выделяемыми шаровой молнией.

В Ставропльском крае во время грозы огненный шар величиной с футбольный мяч, подпрыгивая, катился по улице. При соприкосновении с землей он выбивал ямы полметра в глубину и полтора в диаметре. В итоге шар изрешетил всю улицу на протяжении двух кварталов, потом с шумом разорвался и огненной струей ушел в небо.

Одно из свойств шаровой молнии - как раз ее подверженность реактивному эффекту. Когда в какой-либо части шаровой молнии энергия выделяется, то именно здесь выделяется реактивный эффект. Надо отметить, что когда молния спускалась к земле, то часть ее энергии выделялась в виде взрыва, которые и вызвали появление вышеописанных ям.

Шаровая молния имеет высокую температуру в своей внутренней части, но снаружи ее оболочка может быть совершенно холодной. Зарегистрировано много случаев, когда молния была на каком-то предмете, проходила через щели, но не оставила никаких следов, в то время как немало случаев, когда такая же молния расплавляла гранит, грунт, металлы и пр. Не исключено, что и человек мог быть просто испепелен, испарен молнией.

Одним из объяснений возникновения шаровой молнии может быть плазменный заряд при интерференции электромагнитных волн возникающих при грозовых разрядах. Экспериментальную проверку этого предположения провели физики Токийского университета И. Оцуки и Х.Офуруто. Пятикиловаттный магнетрон генерировал электромагнитное излучение на частоте 2,45 ГГц, которое направлялось на резонатор сечением 161х370 мм. Была сформирована стоячая волна с шестью узлами. В этих узлах - областях максимальной интенсивности поля - возникали плазменные разряды различного вида, которые порой сохранялись 1-2 с после выключения генератора. Разряды были неподвижными или перемещались, и своим поведением очень напоминали шаровую молнию. Так, плазменное образование светилось попеременно белым, синим, красным, оранжевым цветом, самопроизвольно выходило за пределы полости резонатора, по волноводу которого поступала энергия.

Еще большее сходство с шаровой молнией проявилось и тогда, когда на выходе из резонатора была помещена керамическая пластинка толщиной 3 мм. Плазменное образование проникло за ее пределы, ничуть ее не повредив. Именно так проникает шаровая молния через различные диэлектрики, например, стекло.

Когда в резонатор был помещен медный прут, вдоль которого направлялся поток воздуха, то плазменные разряды перемещались по пруту против движения воздуха.

Существует и такая версия, предложенная физиками из Гёттингена и основанная на строгих расчётах. Они полагают, что загадочные огненные шары обязаны своим появлениям ударам молнии в грунт, при которых возможны возгорания различных органических объектов. Это может быть древесина, трава, пух и прочее. При этом нагрев столь велик, что мгновенно воспламенившаяся органика становится сгустком плазмы, порождающий шаровую молнию.

7. Частота появлений шаровой молнии

Считается, что шаровая молния - это достаточно редкое природное явление, поскольку имеется не так уж много случаев ее наблюдения. Но не следует путать частоту ее наблюдений с частотой появлений, и делать вывод о том, что шаровая молния редко возникает.

Согласно одной гипотезе, шаровая и линейная молнии появляются с примерно одинаковой частотой. Обычная молния ярко вспыхивает, благодаря чему хорошо заметна за километры и даже десятки километров; и кроме того всегда сопровождается раскатами грома. Шаровая молния, конечно, далеко не так заметна, так как она движется практически бесшумно, и представляет собой сравнительно небольшой светящийся шар, яркостью примерно как 50-ваттная лампочка. Увидеть его можно на небольшом расстоянии. Шаровую молнию наблюдают, в основном, недалеко от земной поверхности (на высоте от метра до десятков метров), поэтому она легко может скрыться за теми или иными объектами.

Предположим, что шаровая молния действительно возникает в месте удара обычной молнии, которое редко можно наблюдать в непосредственной близости. Считается, что шаровая молния чаще всего заканчивает своё существование взрывом (как уже упоминалось, в 55% случаев). Однако эти 55% относятся к случаям наблюдения, а не случаям появления. Можно предположить, что молния значительно чаще заканчивает своё существование спокойно, без взрыва, ведь при этом мы просто можем ее не заметить.

Наблюдатель сможет увидеть лишь те шаровые молнии, которые либо приблизились к нему, либо случайно возникли около него. Но вряд ли кто-то сможет разглядеть небольшой светящийся шарик на расстоянии в несколько километров. Итак, вполне возможно, что шаровая молния - не такое уж редкое явление. Конечно, это всего лишь предположение. В настоящее время мы не можем её подтвердить, однако у нас нет оснований её отбросить.

8. Природа шаровой молнии

Природа шаровой молнии пока остается неразгаданной. Это надо объяснить тем, что шаровая молния -- редкое явление, а поскольку до сих пор нет указаний на то, что явление шаровой молнии удалось убедительно воспроизвести в лабораторных условиях, она не поддается систематическому изучению. Было высказано много гипотетических предположений о природе шаровой молнии [1, 2], но то, о котором пойдет речь в этой заметке, по-видимому, еще не высказывалось. Главное, почему на него следует обратить внимание, это то, что его проверка приводит к вполне определенному направлению экспериментальных исследований. Нам думается, что ранее высказанные гипотезы о природе шаровой молнии неприемлемы, так как они противоречат закону сохранения энергии. Это происходит потому, что свечение шаровой молнии обычно относят за счет энергии, выделяемой при каком-либо молекулярном или химическом превращении, и, таким образом, предполагают, что источник энергии, за счет которого светится шаровая молния, находится в ней самой. Это встречает следующее принципиальное затруднение.

Из основных представлений современной физики следует, что потенциальная энергия молекул газа в любом химическом или активном состоянии меньше той, которую нужно затратить на диссоциацию и ионизацию молекул. Это дает возможность количественно установить верхний предел энергии, которая может быть запасена в газовом шаре, заполненном воздухом и размерами с шаровую молнию.

С другой стороны, можно количественно оценить интенсивность излучения с ее поверхности. Такого рода прикидочные вычисления показывают, что верхний предел времени высвечивания получается много меньше действительно наблюдаемого у шаровых молний. Этот вывод теперь также подтверждается опытным путем из опубликованных данных [3] о времени высвечивания облака после ядерного взрыва. Такое облако сразу после взрыва, несомненно, является полностью ионизованной массой газа, и поэтому его можно рассматривать как заключающее в себе предельный запас потенциальной энергии. Поэтому, казалось бы, оно должно высвечиваться за время большее, чем наиболее длительно существующая шаровая молния подобного размера, но на самом деле этого нет.

Поскольку запасенная энергия облака пропорциональна объему (dі), а испускание -- поверхности ( dІ ), то время высвечивания энергии из шара будет пропорционально d, его линейному размеру. Полностью облако ядерного взрыва при диаметре d, равном 150 м, высвечивается за время, меньшее, чем 10 с [3], так что шар диаметром в 10 см высветится за время, меньшее, чем 0,01 с. Но на самом деле, как указывается в литературе, шаровая молния таких размеров чаще всего существует несколько секунд, а иногда даже минуту [1,2].

Таким образом, если в природе 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. Поскольку шаровая молния обычно наблюдается "висящей" в воздухе, непосредственно не соприкасаясь с проводником, то наиболее естественный и, по-видимому, единственный способ подвода энергии -- это поглощение ею приходящих извне интенсивных радиоволн.

Примем такое предположение за рабочую гипотезу и посмотрим, как согласуются с ней наиболее характерные из описанных явлений, сопровождающих шаровую молнию [1, 2, 4].

Если сравнить поведение шаровой молнии со светящимся облаком, оставшимся после ядерного взрыва, то бросается в глаза следующая существенная разница. После своего возникновения облако ядерного взрыва непрерывно растет и бесшумно тухнет. Шаровая молния в продолжение всего времени свечения остается постоянных размеров и часто пропадает со взрывом. Облако ядерного взрыва, будучи наполнено горячими газами с малой плотностью, всплывает в воздух и поэтому двигается только вверх. Шаровая молния иногда стоит неподвижно, иногда движется, но это движение не имеет предпочтительного направления по отношению к земле и не определяется направлением ветра. Теперь покажем, что эта характерная разница хорошо объясняется выдвинутой гипотезой.

Известно, что эффективное поглощение электромагнитных колебаний ионизованным газовым облаком -- плазмой -- может происходить только при резонансе, когда собственный период электромагнитных колебаний плазмы совпадает с периодом поглощаемого излучения. При тех интенсивностях ионизации, которые ответственны за яркое свечение шара молнии, резонансные условия всецело определяются его наружными размерами.

Если считать, что поглощаемая частота соответствует собственным колебаниям сферы, то нужно, чтобы длина К поглощаемой волны была приблизительно равна четырем диаметрам шаровой молнии (точнее, л=3,65 d ). Если в том же объеме ионизация газа слаба, то тогда, как известно, период колебаний плазмы в основном определяется степенью ионизации, причем соответствующая резонансная длина волны всегда будет больше, чем та, которая определяется размерами ионизованного объема и, как мы указали, равна 3,65d.

При возникновении шаровой молнии механизм поглощения можно себе представить так: сперва имеется небольшой по сравнению с (р/6)·dі объем плазмы, но если ионизация его будет слаба, то все же резонанс с волной длины л=3,65d будет возможен и произойдет эффективное поглощение радиоволн. Благодаря этому ионизация будет расти, а с ней и начальный объем сферы, пока она не достигнет диаметра d. Тогда резонансный характер процесса поглощения будет определяться только формой шаровой молнии, и это приведет к тому, что размер сферы шаровой молнии станет устойчивым.

Действительно, предположим, что интенсивность поглощаемых колебаний увеличивается; тогда температура ионизованного газа несколько повысится и сфера раздуется, но такое увеличение выведет ее из резонанса и поглощение электромагнитных колебаний уменьшится, сфера остынет и вернется к размерам, близким к резонансным. Таким образом можно объяснить, почему наблюдаемый диаметр шаровой молнии в процессе свечения остается постоянным..

Размеры наблюдаемых шаровых молний лежат в интервале от 1 до 27 см [4]. Согласно нашей гипотезе, эти величины, помноженные на четыре, дадут тот диапазон волн, который ответствен в природе за создание шаровых молний. Наиболее часто наблюдаемым диаметрам шаровых молний от 10 до 20 см [1] соответствуют длины волн от 35 до 70 см.

Местами, наиболее благоприятными для образования шаровых молний, очевидно, будут области, где радиоволны достигают наибольшей интенсивности. Такие места будут соответствовать пучностям напряжения, которые получаются при разнообразных возможных интерференционных явлениях. Благодаря повышенному напряжению электрического поля в пучностях, их положение будет фиксировать возможные места шаровой молнии. Такой механизм приводит к тому, что шаровая молния будет передвигаться с передвижением пучности, независимо от направления ветра или конвекционных потоков воздуха [1, 2].

Как возможный пример такого фиксированного положения шаровой молнии рассмотрим случай, когда радиоволны падают на проводящую поверхность земли и отражаются. Тогда благодаря интерференции образуются стоячие волны и на расстояниях, равных К, длине волны, помноженной на 0,25; 0,75; 1,25; 1,75; и т. д., будут образовываться неподвижные в пространстве пучности, в которых напряжение электрического поля удваивается по сравнению с падающей волной. Вблизи этих поверхностей благодаря повышенному напряжению будут благоприятные условия как для создания начального пробоя, так и для дальнейшего развития и поддержания ионизации в облаке, образующем шаровую молнию. Таким образом, поглощение электромагнитных колебаний ионизованным газом может происходить только в определенных поверхностях, параллельных рельефу земли. Это и будет фиксировать в пространстве положение шаровой молнии.

Такой механизм объясняет, почему шаровая молния обычно создается на небольшом расстоянии от земли и часто передвигается в горизонтальных плоскостях. При этом наименьшее расстояние центра шаровой молнии до проводящей поверхности будет равно1/4 длины волны и, следовательно, зазор между отражающей поверхностью и краем шара должен быть примерно равен его радиусу.

При интенсивных колебаниях вполне возможно, чтобы в ряде пучностей образовывались отдельные шаровые молнии, на расстоянии полудлины волны друг от друга. Такие цепочки из шаровых молний наблюдаются, они носят название "четочных" молний и даже были засняты [2].

Наша гипотеза также может объяснить, почему иногда шаровая молния пропадает со взрывом, который не причиняет разрушений [1, 2]. Когда подвод мощности внезапно прекращается, то при малых размерах остывание шара произойдет так быстро, что образуется сфера разреженного воздуха, при быстром заполнении которой возникает ударная волна небольшой силы. Когда же энергия медленно высвечивается, гашение будет процессом спокойным и бесшумным.

Выдвинутая нами гипотеза может дать удовлетворительное объяснение, пожалуй, наиболее непонятному из свойств шаровой молнии -- ее проникновению в помещение через окна, щели и чаще через печные трубы. Попав в помещение, светящийся шар в продолжение нескольких секунд либо парит, либо бегает по проводам [1, 2, 4]. Таких случаев описано столько, что их реальность не вызывает сомнения.

С нашей точки зрения, весьма интересен случай [5], когда в аэроплан, пересекающий грозовую тучу на высоте 2800 м, влетела шаровая молния. Нашей гипотезой все эти явления объясняются тем, что проникновение в замкнутые помещения шаровых молний происходит благодаря тому, что они следуют по пути коротковолновых электромагнитных колебаний, распространяющихся либо через отверстия, либо по печным трубам или проводам как по волноводам. Обычно размер печной трубы как раз соответствует тому критическому сечению волновода, в котором могут свободно распространяться волны длиною до 30-40 см, что и находится в соответствии с наблюдаемыми размерами шаровых молний, проникающих в помещение [1].

Таким образом, гипотеза о происхождении шаровой молнии за счет коротковолновых электромагнитных колебаний может объяснить не только ряд других известных и непонятных явлений, связанных с шаровой молнией, как-то: ее фиксированные размеры, малоподвижное положение, существование цепочек, взрывная волна при исчезновении, -- но также ее проникновение в помещение.

Тут следует поставить вопрос: не происходит ли давно наблюдаемое в природе явление тлеющего кистеобразного свечения, называемого "огни св. Эльма", также за счет электромагнитных колебаний, но более слабых мощностей? До сих пор [6] это свечение объяснялось стеканием зарядов с острия, происходящим благодаря постоянному напряжению, возникающему при больших разностях потенциалов между землей и тучей. Такое объяснение было вполне естественно до тех пор, пока это свечение наблюдалось на земле, где можно указать замкнутый путь постоянного тока, но теперь описаны случаи, когда "огни св. Эльма" продолжительное время наблюдаются на фюзеляжах летящих самолетов [7]. Поэтому возможно, что и тут выдвинутая нами гипотеза может помочь решению этой трудности.

Хотя выдвинутая гипотеза успешно разрешает ряд основных трудностей понимания процесса шаровой молнии, все же следует указать, что этим еще вопрос до конца не решается, так как нужно еще показать существование в природе электромагнитных колебаний, питающих шаровую молнию. Тут в первую очередь нужно ответить на естественно возникающий вопрос: почему во время грозы излучения электромагнитных колебаний в области той длины волны, которая нужна для создания шаровой молнии, до сих пор не описаны в литературе?

Пока еще не было направлено внимание на обнаружение во время грозы этих волн, нам думается, можно предположить следующее. Поскольку шаровая молния -- редкое явление, то естественно считать, что возникновение соответствующих радиоволн тоже редко происходит, кроме того, еще реже можно ожидать, чтобы они попадали на приемные аппараты в той коротковолновой области радиоволн от 35 до 70 см, которая пока еще сравнительно мало используется. Поэтому как следующий шаг проверки выдвинутых предположений следует выработать соответствующий экспериментальный метод наблюдения, попытаться обнаружить во время грозы радиоизлучения в указанном коротковолновом диапазоне волн.

Что касается источника этих радиоволн, то, по-видимому, есть два факта в наблюдениях над шаровыми молниями, которые могут помочь пролить свет на механизм их возникновения. Один из них -- то, что шаровая молния наиболее часто возникает к концу грозы; второй -- то, что шаровой молнии непосредственно предшествует обычная.

Первый факт указывает, что наличие ионизованного воздуха помогает созданию радиоволн, а второй -- что возбудителем этих колебаний является грозовой разряд. Это ведет к естественному предположению, что источником радиоволн является колебательный процесс, происходящий в ионизованной атмосфере либо у тучи, либо у земли. В последнем случае, если источник находится у земли, то район, захваченный интенсивным радиоизлучением, будет ограничен и будет непосредственно прилегать к месту, где находится шаровая молния. Интенсивность радиоколебаний может быстро падать при удалении от этого места, и поэтому на значительных расстояниях для наблюдения будет нужна чувствительная аппаратура. Если радиоволны излучаются самой грозовой тучей, то они будут захватывать большие районы и их обнаружение даже малочувствительным приемником не представит труда.

Наконец, как второе возможное направление для экспериментальной проверки выдвинутой гипотезы надо указать на возможность создания разряда, подобного шаровой молнии, в лабораторных условиях. Для этого, очевидно, нужно располагать мощным источником радиоволн непрерывной интенсивности в дециметровом диапазоне и уметь их фокусировать в небольшом объеме. При достаточном напряжении электрического поля должны возникнуть условия для безэлектродного пробоя, который путем ионизационного резонансного поглощения плазмой должен развиться в светящийся шар с диаметром, равным примерно четверти длины волны.

9. Физическая природа шаровой молнии

Более двухсот лет тому назад была установлена физическая природа линейной молнии, но природа шаровой молнии остаётся не выясненной до настоящего времени.

Можно выделить две группы гипотез, касающиеся физической природы шаровой молнии. Согласно первой группе предположений, шаровая молния непрерывно получает энергию снаружи. Гипотезы, согласно которым шаровая молния после своего возникновения становится самостоятельно существующим объектом образуют другую группу. Однако все эти гипотезы нельзя назвать правдоподобными, хотя на первый взгляд они производят такое впечатление.

В 1974 г И.П. Стахановым была предложена так называемая кластерная гипотеза , согласно которой физическую природу шаровой молнии можно объяснить на основе понятия кластер.

Кластер - это положительный или отрицательный ион, окутанный плотным облаком из нейтральных молекул. Рассмотрим молекулу воды. Она является полярной молекулой, поскольку центры её положительных зарядов не совпадают с центрами отрицательных зарядов. Она в силу своей полярности удерживается вблизи ионов силами электростатического притяжения. Гидратированным называется ион, окружённый молекулами воды. Согласно гипотезе Стаханова, вещество шаровой молнии состоит из таких комплексов.

Таким образом, кластерная гипотеза Стаханова утверждает, что шаровая молния - это самостоятельно существующее тело (т.е. тело, к которому не подводится энергия от внешних источников. Это тело состоит из тяжелых положительных и отрицательных ионов, рекомбинация которых серьезно замедлена из-за гидратации ионов.

В отличие от остальных, данная гипотеза достаточно хорошо поясняет все свойства шаровой молнии, которые были выявленные в результате многочисленных наблюдений за этим явлением. И все же нужно признать, что пока это - всего лишь одна из самых правдоподобных гипотез только гипотеза, которая не подтверждена никакими фактами.

Природа шаровой молнии до сих пор остается загадкой . П.Л. Капицей , более 40 лет назад, была предложена резонансную модель шаровой молнии. В ней, впервые, возникновение и устойчивость шаровой молнии объясняется влиянием коротковолновых резонансных электромагнитных колебаний во время грозы на движение ионов. Резонансная модель П.Л. Капицы объяснив многое, не объяснила причин возникновения и существования интенсивных коротковолновых электромагнитных колебаний во время грозы.

В данной работе на основе ряда положений о том, что: внутри шаровой молнии существует резонансное коротковолновое электромагнитное излучение (длинна волны l соизмерима с ее геометрическими размерами d наиболее устойчивыми состояниями движения в природе являются резонансные ], характер которых един и не зависит от природы взаимодействующих тел неустойчивые состояния в статике могут стать устойчивыми в динамике (ловушки для заряженных частиц, перевернутый маятник П.Н. Капицы вне и в зонах параметрического резонанса, системы из одного, двух и более намагниченных гироскопов при резонансе)

10. Гипотеза квантовой природы шаровой молнии

Явления, сопровождающие разрушение ШМ, такие как схлопывание, взрыв, большие токи, освобождение тепловой энергии, сохраняющейся при относительно длительном существовании ШМ, - все это принадлежности некой конструкции, долженствующие проявляться естественным образом при соответствующих предпосылках в атмосфере Земли. Анализируя свойства ШМ и характеристики электрических и магнитных полей Земли способом моделирования физических процессов, происходящих при разрядах ЛМ в атмосфере, можно предложить новую гипотезу природы ШМ.

Отклонение ЛМ от вертикального положения наблюдается регулярно. Происходит это из-за того, что проводимость атмосферы неравномерна, поскольку неоднороден химический состав, плотность и влажность воздуха. Можно также часто видеть, как от основного канала молнии отрываются боковые рукава, которые почти мгновенно исчезают в атмосфере. Некоторые из них попадают в благоприятные для появления ШМ условия. Отклонения ЛМ могут произойти и при ударе ее о поверхность Земли, дерево или опору ЛЭП. Что же при этом происходит?

При отклонении ЛМ от вертикального положения в восточном или западном направлениях она попадает под влияние скрещенных магнитного и электрического полей Земли. Электроны плазмы в канале молнии, вращаясь под действием магнитного поля по ларморовскому радиусу (под действием сил Лоренца), одновременно выталкиваются электрическим полем из плазмы за пределы облака положительных ионов. Если при этом силы электростатического притяжения между ионами и электронами оказываются равными центробежным, то электроны попадают на устойчивые квантованные (с квазиклассическим приближением) орбиты вокруг облака ионов и сжимают его в магнитной ловушке.

Такое долгоживущее образование может иметь большой спектр величин запасенной энергии (в нескольких ее видах). Самую существенную ее часть составляет потенциальная электростатическая энергия разделенных зарядов.

Посмотрим, как согласуется предполагаемая модель ШМ с условиями в атмосфере Земли. Силовые линии магнитного поля Земли направлены с севера на юг. Магнитная индукция его колеблется в пределах 3·10-⁵...7·10-⁵ Тл. Напряженность электрического поля, направленного вертикально - от 2,5 до 130 В/м и может достигать во время грозы гораздо больших величин.

Рассчитывая условие равновесия оболочек на орбитах для наиболее распространенного случая наблюдаемой ШМ диаметром 10 см, получим следующие данные: скорость электронов на орбитах - 80м/с (сравните, скорость электронов в канале ЛМ - ?10⁵ м/с); магнитная индукция для получения ларморовского радиуса 5см при скорости электронов 80м/с должна быть 10-⁸ Тл (сравните, магнитное поле Земли - 3·10-⁵ Тл). Таким образом, для образования ШМ необходимо, чтобы скорость электронов в ЛМ весьма замедлилась, а магнитная индукция Земли была бы сильно ослаблена.

Замедление скорости электронов вполне возможно при отклонении рукава ЛМ от основного канала. Что же касается ослабления магнитной индукции, то оно может произойти лишь вблизи канала ЛМ, как результат влияния ее вихревого магнитного поля, поскольку она представляет собой ток, который может достигать величины 4·10⁴ А.

Расчет также показывает, что для образования одной электронной оболочки ШМ (принятой величины) необходимо примерно 2·10⁹ электронов (исходя из принципа Паули). А для того, чтобы конструкция ШМ была устойчива к магнитному полю Земли, таких оболочек необходимо около 10³. В этом случае ионизация плазмы составит всего около 1%, что вполне реально при таких температурах.

Состояние материи, которое достигается разделением зарядов и образованием устойчивой конфигурации с движением электронов в оболочках вокруг облака положительных ионов, уже не может называться плазмой, поскольку нарушена ее квазинейтральность. Вместе с тем, при разрушении ШМ вещество вновь проходит состояние плазмы. При этом выделяется тепловая энергия, которая была законсервирована работой электрического поля в потенциальной энергии разделения зарядов и в движении электронов на орбитах.

Законсервированная энергия магнитного и электрического полей в ШМ может выделяться при ее разрушении не только в виде тепла, но и еще в двух уникальных проявлениях.

Так, если толщина (количество) электронных оболочек значительна, то связь наружных оболочек с "ядром" из ионов ослаблена, и они могут инициировать мощный импульс тока, соприкоснувшись с проводником. При этом ШМ сначала частично разрядится, а затем заберет этот заряд обратно. При полном ее разрушении также возникает двойной импульс тока: разряжается сначала оболочка из электронов, а затем ионы из "ядра" забирают эти электроны назад и рекомбинируют с выделением тепла.

Кроме этого, ШМ может "работать" и как вакуумная бомба. Дело в том, что начальная температура атомов и ионов внутри оболочки из электронов, служащей непроницаемым барьером для атомов и электронов как изнутри, так и снаружи, не может из-за потерь на излучение долго сохраняться. Разряжение, которое появляется при этом внутри оболочки, увеличивается до тех пор, пока она не будет раздавлена разницей давлений и не схлопнется (это и определяет время жизни ШМ). Если толщина оболочки небольшая, то схлопывание произойдет мягко, без особых эксцессов (как в большинстве наблюдаемых случаях), но если эта толщина значительная, то схлопывание приобретает характер взрыва, вызывая сильные разрушения. Взрыв происходит на фоне импульса тока на проводник и выделения тепловой энергии рекомбинации ионов.

Необходимо указать на возможное разнообразие химического состава ШМ (на что явственно указывает цвет излучения). Скорость электронов в ЛМ колеблется в широком диапазоне, следовательно, и температура плазмы также имеет различные значения, что определяет, в свою очередь, атомы каких газов могут участвовать в образовании ШМ.

Итак, поскольку для ее появления требуются особые предпосылки в атмосфере Земли, шаровая молния, во-первых, достаточно редкое явление; и, во-вторых, не получена (хотя бы случайно) в лаборатории. Последнее осуществимо лишь при создании ряда необходимых условий, а именно:

Наличие ослабленного магнитного поля поперек движения плазмы сообразно величине, рассчитываемой ШМ (по количеству атомов и молекул при предполагаемой температуре);

создание сильного электрического поля, скрещенного с магнитным и с направлением движения плазмы;

удлинение времени жизни плазмы (например, с помощью перезарядок на многоэлектронных ионах), чтобы оно было больше времени дрейфа электронов до попадания их в оболочку под действием электрического поля;

создание движущейся плазмы в скрещенных магнитном и электрическом полях. Для этого необходима специальная лабораторная установка (например, по типу описанной в книге В.Г. Чейса и Г.К. Мура "Взрывающиеся проволочки" М. 1963 ) и легированный материал (металл с примесями), имеющий малую работу плавления, испарения и ионизации.

11. Опасность шаровой молнии

Конечно, встреча с шаровой молнией несет в себе определенную опасность, и этому есть немало подтверждений. Однако чаще всего этот тип молнии не приносит никакого ущерба для жизни или здоровья свидетелей происшествия. Как показал проведенный опрос, лишь пять из полутора тысяч случаев, описанных в письмах закончились смертельным исходом.

Как правило шаровая молния проходит мимо проводящих объектов, в том числе и мимо человека. Температура на поверхности молнии примерно равна обычной комнатной температуре, а если и превышает ее, то ненамного (не более чем на 100 К). Это следует из того, что некоторые случаи контакта с молнией не приводили ни каким травмам. В других случаях прикосновение давало ожоги, хотя и болезненные, но далеко не смертельные. Внутри шаровой молнии температура выше, чем на ее поверхности, однако скорее всего она не превышает 300...400 ° С.