Что такое шаровая молния и как она возникает?

Плазма или антивещество?

Если не считать гипотезы про инопланетян, которые следят за нами с помощью своих беспилотников — шаровых молний, то самое популярное на сегодня объяснение их природы — плазменная структура. Идея принадлежит советскому физику Борису Смирнову. Он предположил, что гигантский запас энергии шаровой молнии обусловлен тем, что ядро ее представляет собой нечто вроде каркаса или ячеистой структуры, сотканной из нитей плазмы. С точки зрения термодинамики идея Смирнова безупречна. Однако теория о плазменной природе шаровых молний не объясняет их удивительную живучесть. По словам очевидцев, шаровые молнии могут существовать несколько десятков минут, в то время как крайне неустойчивая плазма возникает буквально на доли секунд.

Самое экстравагантное научное объяснение предполагает, что шаровая молния — это результат встречи частицы антивещества с частицей земного вещества. Ну, тут ничего сказать не возможно. Антивещество еще не обнаружено, и существует ли оно вообще, науке точно не известно.

В 2012 году китайским ученым впервые в мире удалось снять шаровую молнию на видео. Произошло это случайно. Исследователи Университета Ланчжоу во время грозы замеряли уровень радиации. Тут-то их камера и зафиксировала светящийся шар диаметром около пяти метров, который медленно проплыл в воздухе около пятнадцати метров и тихо-благородно исчез. Продолжалось это явление всего две секунды.

Спектральный анализ шаровой молнии позволил выявить в ней следы кремния, железа и кальция. Это означало, что ее состав такой же, как у местной почвы. Опираясь на эти данные, ученые предположили, что шаровая молния возникает от удара обычной молнии в землю и представляет собой вихрь раскаленных частиц пыли. Это идеально согласуется с теорией советского физика Якова Френкеля о том, что шаровая молния представляет собой сфероидный вихрь пылевых частиц и химически активных из-за влияния электрического поля газов. Однако не объясняет, почему шаровые молнии появляются не только в грозу.

Шаровая молния в домашних условиях

Энергия шаровой молнии поражает воображение. В 1861 году пассажиры французского поезда засвидетельствовали, что красноватый шар величиной с кулак, перемещавшийся вдоль телеграфного провода, добрался до столба и переломил его. Для подрыва такого столба используют толовую шашку массой 400 граммов. Но ведь плавающая в воздухе шаровая молния такого размера весит не больше одного грамма. То есть плотность энергии у нее 100кВт/ч. Это в тысячу раз больший показатель, чем у лучших современных аккумуляторов.

Сумев воссоздать шаровую молнию и использовать ее энергию, человечество могло бы посылать ракеты в далекий космос и обеспечить весь транспорт планеты «халявным» топливом. Попытки «приручения» шаровой молнии шли на протяжении всего XX века. Однако лучшие результаты были достигнуты практически случайно.

У знаменитого физика Петра Капицы была дача на Николиной горе. Рядом с домом он построил сарай под названием «Изба физических проблем». Вместе с сыном ему удалось придумать и собрать в Избе мощный генератор сверхвысоких частот. В одном из экспериментов излучение генератора шло через кварцевый шар, наполненный гелием. Вдруг в шаре возникло четко очерченное свечение, очень похожее на шаровую молнию. Оно длилось несколько секунд, пока не расплавился шар.

Это навело Капицу на мысль, что шаровая молния существует за счет внешнего излучения. Во время грозы это могут быть СВЧ-волны, возникающие между землей и облаками. Теория просуществовала долгое время, но подтверждения не нашла — никаких следов СВЧ-излучения во время грозы найти не удалось. К тому же она не объясняет появления шаровых молний при ясной погоде. Зато Капица оказался первым в мире ученым, сумевшим воссоздать шаровую молнию «в домашних условиях».

3.


Один из настоящих снимков шаровой молнии. Фото сделано в Нидерландах 28 июня 2011 года. Автор фото – Джо Томиссен.

Шаровая молния проходить сквозь стены и притягиваться к металлическим предметам. При нарушении целостности она мощно разрывается, оставляя после себя запах серы.

Существует более сотни теорий, пытающихся объяснить возникновение явления. Наиболее правдоподобной звучит теория советских физиков Курдюмова, Капицы и Широносова.

По их мнению, шаровая молния представляет собой устойчивое электрическое образование, которое возникло в условиях рассеивания энергии. Она рождается из обычной молнии в результате возникновения стоячей электромагнитной волны между облаком и землей.

В определенный момент на одном из участков волны возникает пробой воздуха – критическое электрическое напряжение, которое провоцирует появление газового заряда. При этом шаровая молния имеет собственное магнитное поле, которое удерживает плазму внутри сферы.

Как она выглядит?

Те, кому довелось увидеть шаровую молнию, описывают ее как светящийся шар, который может плыть в воздухе в любом направлении, издавая легкое потрескивание. Цвет шара может быть любым – оранжевым, голубым, красным, белым. Появление молнии никак не связано с источниками электрической энергии.

Шаровая молния может попасть в помещение через отверстие меньше ее диаметра; иногда шар «прилипает» к проводам и перемещается вдоль них. Поток света от молнии похож на световой поток от электрической лампы. Живет огненный шар не больше десяти секунд, после чего может взорваться или внезапно погаснуть.

Получить шаровую молнию в лабораторных условиях почти невозможно, и исследователи опираются в работе в основном на свидетельства очевидцев. Но мало кто из свидетелей мог видеть сам момент зарождения молнии. Ученые считают, что шаровая молния может возникать в месте разветвления обычной молнии.
Хотя нередко очевидцы утверждают, что шар появляется из электрощитка, телефонного аппарата, розетки. Несомненно одно: шаровая молния формируется там, где скапливаются электрические заряды, которые не могут нейтрализоваться.

Портрет молнии-убийцы

Выглядят шаровые молнии по-разному. Обычно это светящиеся шары диаметром от нескольких сантиметров до нескольких метров. Хотя есть свидетельства о появлении грушевидных, грибовидных или вытянутых молний. Цвет их бывает белым, желтым, голубым, красным. Время существования — от нескольких секунд до нескольких минут.

Повадки шаровых молний совершенно непредсказуемы. Пожалуй, именно это в них и пугает больше всего. Иногда они плавают в воздухе и тихонько исчезают. Иногда взрываются с адским грохотом. Могут разнести на кусочки каменную церковь, а могут аккуратно полетать внутри деревянного дома и скромно удалиться через окно. А еще шаровые молнии умеют воровать драгоценности, закорачивать электроприборы и ломать часовые механизмы.

Одно из старинных описаний шаровой молнии рассказывает об огненном шаре диаметром два с половиной метра, который влетел во время грозы в церковь графства Девон в Англии. Шар выбил несколько камней из кладки, разбил окна и скамейки и разделился пополам: один шар вылетел наружу, другой исчез где-то в церкви. После себя они оставили темный дым с запахом серы. Четыре человека погибли, шестьдесят были ранены. На дворе стоял 1638 год. Очевидцы, не колеблясь, объяснили это явление «пришествием дьявола» и обвинили в нем двух человек, игравших в карты во время проповеди.

В 1809 году с шаровой молнией столкнулся британский корабль «Уоррен Гастингс». Во время шторма судно «атаковали три огненных шара». Один из них спустился к палубе и убил на ней матроса. К нему подбежал на помощь товарищ. Моряка ударил второй шар, но не убил, а сбил с ног и слегка обжег. Третий шар убил еще одного матроса.

Методом проб и ошибок люди нашли безопасную модель поведения при встрече с шаровой молнией — сидеть тихо и не дергаться. 10 сентября 1845 года шаровая молния проникла через камин в деревенский дом в местечке Саланьяк (Франция). Светящийся шар медленно плыл над полом кухни. Хозяйка велела молодому парню, сидевшему у входа, «раздавить эту гадость». Однако продвинутый парень бывал в Париже, там видел популярные опыты с электричеством и предпочел не двигаться. Молния покружила по кухне, выплыла в дверь и направилась к хлеву. В хлеву была свинья, которая решила понюхать светящийся шарик и погибла на месте.

Широко известно пристрастие шаровых молний к драгметаллам. Они буквально испаряли с людей золотые браслеты, серебряные сережки, наручные часы. В 1761 году молния, влетевшая в венскую церковь, оторвала позолоту с карниза и перенесла ее на серебряную кропильницу. Среди шалостей шаровых молний также — включающиеся и тут же перегорающие электроприборы, сломанные часы.

Убивает шаровая молния быстро и не оставляет заметных следов на теле. А вот выживших она зачастую награждает удивительными сувенирами. Доктору Гатье де Клабри, попавшему в грозу близ Блуа, шаровая молния сбрила бороду, да так, что больше борода у доктора никогда не росла.

Среди самых знаменитых жертв шаровой молнии — сотрудник Ломоносова, ученый Георг Рихман. Помните картинку из школьного учебника физики? Молния, вырвавшаяся из прибора, поражает ученого прямо в лоб, и он падает на землю. Сам Ломоносов также был склонен винить в гибели Рихмана незаземленный прибор для изучения атмосферного электричества. Однако современные историки полагают, что «синеватый шар», ударивший ученого в лоб, мог быть шаровой молнией, влетевшей в лабораторию через незакрытую дверь. Об этом свидетельствует и описание тела Рихмана. Ожогов, характерных для удара обычной молнией, на нем не было. С большим трудом коллеги, осматривавшие тело, нашли на виске «кровавое красное пятно с рублевик величиною».