Физическая природа шаровой молнии

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, изолирующего 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 встрече 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 наука не может её подтвердить, однако у нее нет оснований её отбросить.