Шаровая молния: природа ее возникновения

Откуда берется шаровая молния и что она такое? Вопрос этот задают себе ученые много десятков лет подряд, и пока четкого ответа нет. Устойчивый плазменный шар, возникающий в результате мощного разряда высокой частоты. Другая гипотеза — микрометеориты из антивещества.

…Между веществом и антивеществом может возникнуть барьер с шаровой поверхностью. Мощное гамма-излучение будет раздувать этот шар изнутри, и препятствовать проникновению вещества к пришлому антивеществу, и тогда мы увидим светящийся пульсирующий шар, который будет парить над Землей. Эта точка зрения вроде бы получила подтверждение. Двое английских ученых методично досматривали небо при помощи детекторов гамма-излучения. И зарегистрировали четыре раза аномально высокий уровень гамма-излучения в ожидаемой области энергии.

Как образуется шаровая молния

Сколько надо метеоритов из антивещества, чтобы обеспечить частоту, с какой наблюдаются шаровые молнии? Оказалось, что для этого достаточно всего лишь одной стомиллиардной от общего количества метеоритного вещества, выпадающего на Землю. Таков результат этой неожиданной работы. Разумеется, объяснение ученых далеко не окончательно и требует проверки. Но имеет ли оно отношение к шаровой молнии?

Нет! — отвечает другой ученый и заявляет, что шаровая молния вообще не существует. Тот светящийся шар, который мы видим, — всего лишь иллюзия нашего зрения. В своей лаборатории он лампами-вспышками имитировал вспышки молний с той же частотой, с которой они обычно следуют во время грозы, и все присутствовавшие с удивлением «увидели», как странные светящиеся шары плавно летят по воздуху…

Гипотез много, но их роднит один, общий подход. Шаровая молния рассматривается как отдельное, изолированное нечто, живущее самостоятельно.

В конце позапрошлого века французский ученый Гастон Планте и русский ученый Н. А. Гезехус предложили и развили принципиальную идею о том, что шаровая молния — система, которая энергетически питается внешним источником. Они считали, что светящийся шар связан с облаками — невидимым столбом электризованного воздуха. Но развить и обосновать эту гипотезу тогда, в позапрошлом веке, они не могли, и она исчезла под грудой других, в которых шаровая молния рассматривалась как отдельный загадочный объект. И вот идеи, опередившие свой век, оживают на новой основе.

Как выглядит шаровая молния? Примерно так. Наверное, этот снимок получился случайно. Гроза, слепящие ветви молний, протянувшиеся к Земле. И шар, стремительно летящий вниз. Рывок, мгновенная остановка, шар мечется, потом снова рывок вниз, к Земле, опять остановка, хаотичное быстрое движение в стороны… Вот и Земля. И мощный взрыв — разряд. На фото он хорошо виден. Уникальная фотография, единственная в своем роде — полет шаровой молнии к Земле из облака.

Но у Земли шаровая молния может взорваться не сразу. Небольшой шар довольно часто любит сначала попутешествовать невысоко, вдоль поверхности, и здесь его движение тоже неспокойно. Стремительные рывки в стороны, вспышка, потом плавный, тихий полет, снова вспышка и метания… Но скорость у Земли намного меньше, чем при полете из черного неба. Теперь вспышки шаровой молнии почти не различишь. За время между ними шар едва успевает пройти половину своего радиуса. И вспышки сливаются вместе, в одно мерцание с частотой от 10 до 100 герц.

Вот шаровая молния опускается к самой Земле и, не коснувшись ее, отскакивает от чего-то невидимого, как спортсмен от батута. Прыгнув вверх, шаровая молния вновь опускается и снова отскакивает от батутного слоя. Так и скачет огненный шар над Землей, поражая воображение всех, кому его удается увидеть. Вот, оказавшись у мостков над рекой, он движется вдоль них, словно сказочный Колобок, убежавший от дедушки и бабушки. Бежит Колобок по мосткам и, как бы боясь упасть в воду и утонуть, движется не прямо, а вдоль искривленных мостков, следуя их поворотам. Колобок бежит, напевая свою любимую песенку почему-то шепотом: «Я от дедушки ушел, я от бабушки ушел…», а вдали слышно лишь «ш-ш-ш», и очевидцы ручаются только за то, что удалось расслышать шипящее звучание Колобка — шаровой молнии.

Колобок современный, он — радиолюбитель и свою песенку не только поет, но и передает по радио на длинных волнах. Включите приемник, и в диапазоне примерно от тысячи до 10 тысяч метров вы услышите те же шипящие позывные… «Я — Колобок…» с той же акустической частотой 10—100 герц, которые слышно и непосредственно ухом.

Сильный порыв ветра сдул наш электрический Колобок с мостков, и полетел он через реку и поле и оказался во дворе деревянного дома. Увидев бочонок с водой, забрался в него и… растекся над водой. Теперь он — не Колобок, а блин, но не он жарится, а сам жарит, вернее, варит. Вода в бочонке стала нагреваться, закипела. Завершив свой труд, выпарив всю воду. Колобок снова сжался в комок и полетел по двору, залетел через форточку в избу. Пролетел мимо электрической лампочки — она ярко вспыхнула и тут же перегорела. Покрутившись в комнате, он подлетел к окну и, проплавив себе в стекле маленькое отверстие, выскользнул наружу и полетел в лес. Там он на мгновение замер около большого дерева.» Маскарад окончен.

Из шаровой молнии выскакивает электрическая длинная искра, которая устремляется к ближайшей электропроводящей поверхности — влажной коре стоящего рядом дерева. Мощный взрыв оглушает все вокруг. В Колобке пробудилась грозная сила. Слабо светящаяся шаровая молния превратилась в могучую линейную молнию, расщепившую ствол векового дуба, и напомнила людям о необузданных силах природы, бушующих во время грозы.

Шаровая молния — свидетельство нашего весьма неважного знания такого, казалось бы, обыденного и уже изученного явления, как электричество. Ни одна из выдвинутых ранее гипотез пока не объяснила всех ее причуд. То, что предлагается в этой статье, может быть, даже и не гипотеза, а лишь попытка описать явление физическим способом, не прибегая к экзотике, вроде антиматерии. Первое и основное предположение: шаровая молния — это разряд обычной молнии, не достигший Земли. Точнее: шаровая и линейная молнии — это один процесс, но в двух различных режимах — быстром и медленном.

При переходе с медленного режима на быстрый процесс становится взрывным — шаровая молния переходит в линейную. Возможен и обратный переход линейной молнии в шаровую; каким-то таинственным, а может быть, случайным образом этот переход сумел осуществить талантливый физик Рихман, современник и друг Ломоносова. За свою удачу он заплатил жизнью: полученная им шаровая молния убила своего создателя.

Шаровая молния и невидимая атмосферная зарядовая трасса, связывающая ее с облаком, находятся в особом состоянии «эльмы». Эльма в отличие от плазмы — низкотемпературный электризованный воздух — устойчива, остывает и растекается очень медленно. Это объясняется свойствами пограничного слоя между эльмой и обычным воздухом. Здесь заряды существуют в виде отрицательных ионов, громоздких и малоподвижных. Расчеты показывают, что растекаются эльмы за целых 6,5 минуты, а пополняются они регулярно через каждую тридцатую долю секунды. Именно через такой интервал времени проходит электромагнитный импульс в трассе разряда, пополняющий энергией Колобок.

Поэтому длительность существования шаровой молнии в принципе неограниченна. Процесс должен прекратиться только тогда, когда будет исчерпан заряд облака, точнее, тот «эффективный заряд», который облако в состоянии передать трассе. Именно так и можно объяснить фантастическую энергию и относительную устойчивость шаровой молнии: она существует за счет притока энергии извне. Так нейтринные фантомы в фантастическом романе Лема «Солярис», обладая материальностью обычных людей и невероятной силой, могли существовать лишь при поступлении колоссальной энергии из живого Океана.

Электрическое поле в шаровой молнии по величине близко к уровню пробоя в диэлектрике, имя которому воздух. В таком поле возбуждаются оптические уровни атомов, вот почему шаровая молния светится. По идее, более частыми должны быть слабые, несветящиеся, а значит, и невидимые шаровые молнии.

Процесс в атмосфере развивается в режиме шаровой или линейной молнии в зависимости от конкретных условий в трассе. Ничего невероятного, редкого в этой двойственности нет. Вспомним обычное горение. Оно возможно в режиме медленного распространения пламени, что не исключает и режима быстро движущейся детонационной волны.

Из чего состоит шаровая молния

…Молния спускается с неба. Еще не ясно, какой ей быть, шаровой или обычной. Она жадно высасывает заряд из облака, соответственно уменьшается поле в трассе. Если до попадания в Землю поле в трассе упадет ниже критической величины, процесс перейдет в режим шаровой молнии, трасса станет невидимой, и мы заметим, что на Землю опускается шаровая молния.

Внешнее поле при этом много меньше собственного поля шаровой молнии и не влияет на ее движение. Именно поэтому яркая молния движется хаотично. Между вспышками шаровая молния светится слабее, ее заряд мал. Движение направляется теперь внешним полем и поэтому прямолинейно. Шаровая молния может переноситься ветром. И ясно почему. Ведь отрицательные ионы, из которых она состоит, это те же молекулы воздуха, только с прилипшими к ним электронами.

Просто объясняется отскакивание шаровой молнии от околоземного «батутного» слоя воздуха. Когда шаровая молния приближается к Земле, она индуцирует в почве заряд, начинает выделять много энергии, разогревается, расширяется и быстро поднимается под действием архимедовой силы.

Шаровая молния плюс поверхность Земли образуют электрический конденсатор. Известно, что конденсатор и диэлектрик взаимно притягиваются. Поэтому шаровая молния стремится расположиться над диэлектрическими телами, а значит, предпочитает находиться над деревянными мостками, либо над бочонком с водой. Связанное с шаровой молнией длинноволновое радиоизлучение создается всей трассой шаровой молнии.

Шипение шаровой молнии вызвано вспышками электромагнитной активности. Эти вспышки следуют с частотой около 30 герц. Порог слышимости человеческого уха — 16 герц.

Шаровая молния окружена собственным электромагнитным полем. Пролетая мимо электрической лампочки, она может индуктивно нагреть и пережечь ее спираль. Попав в проводку осветительной, радиотрансляционной или телефонной сети, она замыкает всю свою трассу на эту сеть. Поэтому во время грозы сети желательно держать заземленными, скажем, через разрядные промежутки.

Шаровая молния, «распластавшись» над бочонком с водой, вместе с зарядами, индуцированными в земле, составляет конденсатор с диэлектриком. Обычная вода — диэлектрик не идеальный, она обладает значительной электропроводностью. Внутри такого конденсатора начинает течь ток. Вода нагревается джоулевым теплом. Хорошо известен «опыт с бочонком», когда шаровая молния нагрела до кипения около 18 литров воды. По теоретической оценке, средняя мощность шаровой молнии при ее свободном парении в воздухе равна примерно 3 киловаттам.

В исключительных случаях, например в искусственных условиях, внутри шаровой молнии может возникать электрический пробой. И тогда в ней появляется плазма! Энергии при этом выделяется очень много, искусственная шаровая молния может светить ярче Солнца. Но обычно мощность шаровых молний сравнительно невелика — она находится в состоянии эльмы. По-видимому, переход искусственной шаровой молнии из состояния эльмы в состояние плазмы в принципе возможен.

Искусственная шаровая молния

Зная природу электрического Колобка, можно заставить его работать. Искусственная шаровая молния может сильно превзойти по мощности природную. Прочертив в атмосфере сфокусированным лазерным лучом ионизованный след вдоль заданной траектории, мы сможем направить шаровую молнию куда надо. Изменим теперь питающее напряжение, переведем шаровую молнию в режим линейной. Гигантские искры послушно устремятся по выбранной нами траектории, дробя скалы, валя деревья.

Над аэродромом — гроза. Аэровокзал парализован: запрещена посадка и взлет самолетов… Но вот на пульте управления грозорассеивающей системой нажата пусковая кнопка. С башни вблизи аэродрома к облакам взметнулась огненная стрела. Это поднявшаяся над башней искусственная управляемая шаровая молния перешла на режим линейной молнии и, устремившись в грозовую тучу, вошла в нее. Трасса молнии соединила тучу с Землей, и электрический заряд тучи разрядился на Землю. Процесс может быть повторен несколько раз. Грозы больше не будет, облака разрядились. Самолеты могут снова садиться и взлетать.

В Заполярье можно будет зажечь искусственное солнце. С двухсотметровой башни поднимается вверх трехсотметровая зарядовая трасса искусственной шаровой молнии. Шаровая молния включается на плазменный режим и светит ярко с полукилометровой высоты над городом.

Для хорошей освещенности в круге радиусом 5 километров достаточно шаровой молнии, излучающей мощность в несколько сот мегаватт. В искусственном плазменном режиме такая мощность — разрешимая проблема.

Электрический Колобок, столько лет уклонявшийся от близкого знакомства с учеными, не уйдет: рано или поздно его приручат, и он научится приносить людям пользу.

Автор: Б. Козлов.