1000 чудес со всего света
Шрифт:
Нередки случаи, когда шар аккуратно облетал находящиеся на пути предметы, что говорит в пользу теории о свободном перемещении шаровой молнии по эквипотенциальным поверхностям. Например, Франк Лейн в своей книге «Стихия буйствует» (1945 г.) приводит следующий случай: «Молодая девушка сидела за столом и вдруг заметила большой огненный шар, который медленно двигался по полу комнаты в ее направлении. Когда шар приблизился к ней, он поднялся и начал двигаться по спирали вокруг нее. Затем устремился к печи и поднялся по трубе вверх. Оказавшись вне трубы, он взорвался над крышей с таким грохотом, что потряс до основания весь дом». Одно из самых удивительных и необъяснимых свойств шаровой молнии — ее способность снимать золотые обручальные кольца с руки, не вызывая при этом ожогов. Золотое или медное колечко из проволоки, подвешенное на пути шаровой молнии, теряет часть своей массы, что можно установить взвешиванием. По-видимому, это явление связано
Диаметр шаровых молний варьируется от нескольких сантиметров до 1 м, но наиболее часто появляются небольшие светящиеся шары размером 15–30 см. Форма этого природного феномена в подавляющем большинстве случаев сферическая, но порой она бывает искажена электрическими полями или потоками воздуха, и тогда молния становится похожей на эллипсоид, диск, грушу или совсем теряет правильную форму. В отдельных случаях очевидцы наблюдали молнию в форме кольца.
Шаровая молния живет от 10 до 100 секунд, после чего обычно бесшумно исчезает, медленно гаснет или распадается на отдельные части. Отдельные экземпляры самоликвидируются с резким хлопком или даже взрывом. Если в спокойном состоянии от шаровой молнии исходит необычно мало тепла, то во время взрыва высвободившаяся энергия иногда разрушает или оплавляет предметы, испаряет воду. Для оценки интенсивности свечения шаровой молнии наблюдатели сравнивали этот показатель со светом электрической лампочки. Чаще всего они называли два интервала — 50-100 и 100–200 ватт. Таким образом, световой поток от шаровой молнии в среднем сравним с тем, который испускает стоваттная электрическая лампочка. Во время «путешествия» свечение шара становится тусклее или ярче, а его цвет может быть различным — от слепяще-белого, интенсивно-желтого до зеленого, иногда с пятнами и тенями. Ученые считают, что свечение шаровой молнии связано либо с накопленной в ней энергией, либо с энергией, поступающей в нее извне. В соответствии с этим положением предлагались различные модели шаровой молнии. Но удивительно не это. Оказывается, излучая свет, шаровая молния почти совсем не излучает тепло.
По теории П. Л. Капицы, шаровая молния — высокочастотный электрический разряд. В грозовую погоду между облаками и землей возникает стоячая электромагнитная волна, и когда она достигает критической амплитуды, в каком-либо месте (чаще — ближе к земле) возникает пробой воздуха, образуя газовый разряд. В этом случае шаровая молния как бы «нанизана» на силовые линии стоячей волны и двигается вдоль проводящих поверхностей. Стоячая волна отвечает и за энергетическую подпитку шаровой молнии. Экспериментально удавалось реализовать разряд под действием высокочастотного электрического поля, происходящий вдали от электродов («висящий» в воздухе). Предполагается, что при определенных условиях обычные молнии порождают высокочастотные поля, которые в каком-то другом месте поддерживают шаровую молнию.
Согласно другой теории подпитки извне, шаровая молния представляет собой смесь тлеющего электрического разряда и электрической дуги под действием статического электрического поля. В отличие от тлеющего разряда, во внутренней части шаровой молнии ток поддерживается за счет истечения материала (твердого или расплавленного), захваченного шаровой молнией под действием сильного электрического тока аналогично дуговому разряду. Во внешней части шаровой молнии ток переносится тлеющим разрядом.
В свою очередь, энергия в шаровой молнии могла быть накоплена после удара обычной молнии в виде химической энергии образовавшихся нестабильных соединений либо возбужденных состояний молекул или атомов. Происходящая с этими соединениями реакция сопровождается излучением света.
Согласно теории Б. М. Смирнова, ядро шаровой молнии — это переплетенная ячеистая структура, нечто вроде аэрогеля, которая обеспечивает прочный каркас при легком весе. Только нити каркаса — это нити плазмы, а не твердого тела. При этом энергетический запас шаровой молнии целиком скрывается в огромной поверхностной энергии такой микропористой структуры.
Известны и совершенно фантастические версии. Например, профессор Кембриджского университета Пол Дэвис выдвинул гипотезу связи между НЛО и шаровой молнией. Он даже ввел термин «нестационарный атмосферный феномен», заявляя, что шаровая молния может вызвать различные аномалии. В частности, высказывалось предположение, что она явилась причиной ряда событий, произошедших около Левелленда (штат Техас, США) в ноябре 1957 г. Тогда у множества легковых и грузовых автомашин заглохли моторы и погасли фары в присутствии большой светящейся массы, которая более двух часов медленно вращалась вокруг них. Между тем в ту ночь в Левелленде не было грозы, и появление такой долго живущей шаровой молнии, а также количество транспорта, на который она повлияла, никогда прежде замечены не были.
Одна из новейших теорий объясняет всю совокупность наблюдаемых явлений термохимическими эффектами, происходящими в насыщенном водяном паре в присутствии сильного электрического поля. Энергетика шаровой молнии здесь определяется теплотой химических реакций с участием молекул воды и их ионов. Интерес ученого И. Стаханова к проблеме шаровой молнии тоже начался с гипотезы, выдвинутой им в начале 70-х годов XX в. Стаханов, как и многие другие физики, исходил из того, что шаровая молния состоит из вещества, находящегося в состоянии плазмы. Плазма похожа на газообразное состояние с единственной разницей — молекулы вещества в плазме ионизованы, то есть потеряли (или, наоборот, приобрели лишние) электроны и перестали быть нейтральными. Это значит, что молекулы могут взаимодействовать не только как частицы газа — при столкновениях, но и на расстоянии с помощью электрических сил. Разноименно заряженные частицы притягиваются. Поэтому в плазме молекулы стремятся вернуть себе потерянный заряд путем воссоединения (рекомбинации) с оторванными электронами. Но после рекомбинации плазма превратится в обычный газ. Поддерживать жизнь плазмы можно только до тех пор, пока рекомбинации что-то мешает, — как правило, очень высокая температура.
Если шаровая молния — это плазменный шар, то она обязана быть горячей. Так рассуждали сторонники плазменных моделей до Стаханова. А он заметил, что существует и другая возможность. Ионы, то есть молекулы, потерявшие или захватившие лишний электрон, могут притянуть к себе обыкновенные нейтральные молекулы воды и окружить себя прочной «водяной» оболочкой, запирающей лишние электроны внутри и не дающей им воссоединяться со своими хозяевами. Такое возможно потому, что молекула воды имеет два полюса — отрицательный и положительный, за один из которых и «хватается» ион в зависимости от своего заряда, чтобы притянуть молекулу к себе. Значит, сверхвысокие температуры больше не нужны, плазма может оставаться и «холодной», не горячее 200–300 °C.
Далее выяснилось, что сама по себе водяная оболочка не может получиться столь плотной, чтобы помешать ионам рекомбинировать. Но рекомбинация приводит к возрастанию энтропии шаровой молнии, то есть меры ее беспорядка. Действительно, в плазме положительно и отрицательно заряженные молекулы отличаются друг от друга, по-особому взаимодействуют, а после рекомбинации они перемешиваются и становятся неразличимыми. До сих пор считалось, что в предоставленной самой себе системе беспорядок самопроизвольно возрастает, то есть в случае шаровой молнии рекомбинация произойдет сама собой, если ей как-то не помешать. Из результатов компьютерного моделирования и теоретических выкладок, проведенных в Институте общей физики, следует совершенно иной вывод: беспорядок вносится в систему извне — например, при хаотичных столкновениях молекул на границе шаровой молнии и воздуха, в котором она движется. Пока беспорядок не «накопится», рекомбинации не будет, даже несмотря на то, что молекулы стремятся к этому. Характер их движения внутри шаровой молнии таков, что при сближении разноименно заряженные молекулы будут пролетать мимо друг друга, не успевая обменяться зарядом. Ион, окруженный водяной оболочкой, называется кластером, поэтому гипотеза профессора Стаханова получила имя кластерной.
Критерием верности теории часто служит эксперимент. Поэтому многие ученые пытались воссоздать шаровую молнию в лабораторных условиях. Поскольку в ее появлении прослеживается явная связь с другими проявлениями атмосферного электричества, т. е. с обычной молнией, большинство опытов проводилось по следующей схеме: создавали газовый разряд (а свечение газового разряда — вещь известная), и затем искали условия, когда светящийся разряд мог бы существовать в виде сферического тела. Первыми такими попытками можно считать опыты Тесла в конце XIX века. В отчете сообщается, что при определенных условиях зажигая газовый разряд, ученый после выключения напряжения наблюдал сферический светящийся разряд диаметром 2–6 см. Первые детальные исследования светящегося безэлектродного разряда были проведены только в 1942 г. советским электротехником Г. И. Бабатом — ему удалось на несколько секунд получить сферический газовый разряд внутри камеры с низким давлением. Затем были опыты П. Л. Капицы — он смог получить сферический газовый разряд при атмосферном давлении в гелиевой среде. Добавки различных органических соединений меняли яркость и цвет свечения. Исследователи могли получать кратковременные газовые разряды сферической формы, жившие максимум несколько секунд.
13 мая 2006 г. исследователи из Института физики плазмы имени Макса Планка и Берлинского университета имени Гумбольдта сумели в лабораторных условиях воспроизвести таинственный природный феномен — образование шаровых молний (плазмоидов — plasmoids). Они применили подводный электрический разряд для того, чтобы получить люминесцентные плазменные облака, по своему виду напоминающие классический «файербол», причем это явление наблюдалось на протяжении почти половины секунды, а диаметр подобных «шариков» составлял 10–20 см.