На сегодняшний день нам известно множество явлений, будоражащих воображение. С какими-то из них мы сталкиваемся в повседневной жизни: солнечный свет, дождь, ветер — а другие можно увидеть раз в несколько десятилетий: падение астероида, мегацунами.
Ключевое место среди них занимают природные катаклизмы, которые мы привыкли доказывать и объяснять с точки зрения физических законов: почему разрушается озоновый слой, как возникают ураганы и смерчи, какова вероятность глобального потепления или нового ледникового периода.
Однако одним из наиболее обсуждаемых и интересных явлений стала молния, в особенности это касается её гипотетической разновидности — шаровой молнии. Так существует ли она на самом деле? В чём заключается её отличие от линейной молнии? И как вести себя в случае надвигающейся угрозы?
- Что такое молния: как образуется природное явление?
- Как обойти электрическое сопротивление?
- Шаровая молния с точки зрения физики
- Краткая историческая справка: эволюция представлений о шаровой молнии
- Гипотезы возникновения и происхождения шаровой молнии.
- Научное открытие или заблуждение?
- Шаровая молния — FAQ
- Что почитать?
- Что посмотреть?
Что такое молния: как образуется природное явление?
Каждую секунду в Землю ударяют около пятидесяти молний. Каждый разряд производит электрический ток, измеряемый десятками тысяч ампер, и мощность, достигающую тераватта, — это практически в два раза больше мощности, чем потребляют Соединённые Штаты Америки. Температура вокруг разряда превышает тридцать тысяч градусов по шкале Цельсия, а воздух расширяется со сверхзвуковой скоростью, создавая раскат грома, знаменующего скорую грозу.
Мы вряд ли задумываемся об этом, когда видим в небе электрическую вспышку, именуемую молнией, не так ли?
Молния — внезапный электрический разряд от грозового облака до земли или до другого грозового облака, носящего противоположный заряд.
Молния возникает, когда в нижней части облака накапливается большое количество отрицательного заряда и между ней и землей возникает разность потенциалов (напряжение) в несколько миллионов вольт. Считается, что это происходит из-за кристаллов льда. Они собирают положительные заряды, а затем внутренним вихревым течением поднимаются в верхнюю часть облака.
Более тяжёлые частицы льда и воды оседают на его дне, неся отрицательные заряды. Этот процесс разделения формирует сильный отрицательный электрический заряд в нижней части облака. По мере того, как он растет, он притягивает положительные заряды, заставляя равные противоположные заряды собираться на земле.
Электрическое сопротивление находящегося между ними воздуха не позволяет зарядам сблизиться и уравновесить друг друга до тех пор, пока оно не будет преодолено мощным разрядом.
Как обойти электрическое сопротивление?
Электрическое сопротивление преодолевается благодаря явлению, называемому ионизацией.
Ионизация — процесс, при котором электрические силы отрывают электроны от их атомов, превращая воздух в проводник.
Из нижней части грозового облака к земле проскальзывают лидеры отрицательно ионизированного воздуха.
Лидер — этап развития некоторых типов электрических разрядов.
В то же время на земле гроза выбивает из атомов электроны, создавая положительно заряженные ионы, которые стремятся вверх.
Когда лидеры отрицательно ионизированного воздуха и положительно ионизированного встречаются, возникает электрический ток — и бьет молния.
Шаровая молния с точки зрения физики
Если разряды линейной молнии стали для нас привычным явлением, которое можно объяснить с научной точки зрения, что представляет собой один из её гипотетических видов?
Шаровая молния — гипотетическая разновидность молнии, выглядящая как светящийся плазматический шар, парящий в воздухе.
За все время накопилось более 10 000 свидетельств очевидцев, которые утверждали о том, что наблюдали данное природное явление. Однако правдивость этих показаний зачастую подвергается сомнению, так как в прошлом множество известных нам процессов трактовалось совсем по-другому.
Краткая историческая справка: эволюция представлений о шаровой молнии
Одним из первых свидетельств, подтверждённых многими очевидцами, стал случай, произошедший 21 октября 1638 года в деревне Уидеком-ин-те-Мур в Великобритании. Тогда раскаленный огненный шар влетел в церковь, разрушив несколько балок, сломав скамейки и разбив несколько окон, а после разделился на две части. Одна из них вылетела наружу, а другая пропала внутри. Наблюдатели истолковали явление как «пришествие дьявола» и обвинили в случившемся людей, которые играли в карты во время проповеди.
Описать явление шаровой молнии попытался Вильфрид де Фонвьюэль в своей книге «Молния и свечение», в которой описано более ста случаев появления этого природного явления.
Объяснением, как выглядит и образуется шаровая молния, занялся Франсуа Араго в своей книге «Гром и молния». Однако исследование проводилось не по горячим следам, да и наблюдения были сделаны людьми, не имеющими отношения к науке.
Наибольшие успехи в изучении шаровой молнии были достигнуты в конце девятнадцатого и в двадцатом веках, когда четвертое состояние вещества — плазма — было открыто Уильямом Круксом и было доказано, что атом делим. Тогда начали появляться наиболее признанные гипотезы.
Гипотезы возникновения и происхождения шаровой молнии.
Существует множество различных гипотез о шаровых молниях: от теорий, частично доказанных в лабораторных условиях — до заявлений уфологов о том, что шаровые молний на Землю присылают инопланетные цивилизации. Однако некоторые из них обладают наибольшим авторитетом среди научного сообщества. Рассмотрим:
- Гипотеза П.Л. Капицы, согласно которой возникновение шаровой молнии и некоторые свойства объясняются появлением стоячей электромагнитной волны (явление интерференции, при котором перенос энергии ослаблен или отсутствует) в пространстве между грозовыми тучами и земной поверхностью. Стоячая волна подпитывает молнию энергией.
- Гипотеза Б.М. Смирнова, где ядро шаровой молнии представлено в виде ячеистой структуры, обладающей прочным плазматическим каркасом, за которым скрывается весь запас энергии.
- В другой теории шаровая молния состоит из положительных и отрицательных ионов воздуха, образовавшихся после разряда линейной молнии. Под воздействием электрических сил они соединяются в шар.
- Шаровая молния также рассматривается как ридберговское вещество (вещество, состоящее из водородоподобных атомов, у которых электрон находится в возбуждённом состоянии).
- Теория Абрахамсона и Денниса, согласно которой при ударе молнии в почву температура почвы повышается и начинается процесс испарения элементов, содержащихся в ней. Образовавшийся газ собирается в шар.
Именно теория Абрахамсона и Денниса нашла подтверждение в ходе недавнего наблюдения.
Научное открытие или заблуждение?
Группа китайских ученых под руководством профессора Цен Цзянь Юна проводила исследования в высокогорных районах Тибета при помощи видеокамер и спектрографов.
Спектрограф — прибор, в котором приёмник излучения одновременно регистрирует весь возможный электромагнитный спектр.
Во время грозы им удалось зафиксировать шаровую молнию и основной химический состав: кремний, железо, кальций — подтвердив тем самым гипотезу Абрахамсона и Денниса об испарении элементов из почвы. Ударная волна в данном случае отправляет образовавшийся газ в воздух, формируя шар.
Исследователи посчитали, что ответ на вопрос, почему возникает шаровая молния, был найден. Однако с их выводом были согласны не все. Например, авторитетный журнал «Nature» отказался от публикации статьи. Многие ученые также выразили своё несогласие, предположив, что «шаровая молния» могла оказаться дуговым разрядом линейной молнии, который двигался вдоль линии электропередач.
Сейчас учёные продолжают исследовать вопрос о структуре шаровых молний, чтобы дать на него ответ. Возможно, этот ответ появится в ближайшее десятилетие, а пока что важно изучать имеющиеся данные.
Шаровая молния — FAQ
Это была информация о шаровых молниях, известная на данный момент. Однако осталось несколько интересных вопросов:
В 2007 году это доказал житель Пенсильвании Дон Фрик, которого ударило молнией два раза с промежутком в двадцать семь лет. Он остался жив.
Средняя вероятность получить за жизнь хотя бы один удар молнией примерно равна 1 к 3000. По статистике, от ударов молнии в четыре раза чаще страдают мужчины, чем женщины.
Поведение шаровых молний непредсказуемо. Если раньше считалось, что шаровые молнии появляются в сопровождении линейных молний, то сейчас известно, что они могут появиться в любую погоду. Также предполагалось, что молнии появляются у мест высокого напряжения и с сильным магнитным полем, но были зафиксированы другие случаи.
Самое главное — не поддаваться панике и не совершать необдуманных поступков. Ни в коем случае нельзя делать резких движений: шаровые молнии чувствительны к потокам воздуха. Если молния оказалось в квартире, то отойдите к окну и откройте его, возможно, она вылетит наружу. Не трогайте и не бросайте ничего в молнию, так как это может спровоцировать взрыв.
Ответ на этот вопрос доподлинно неизвестен, однако есть множество косвенных доказательств. Мысленный эксперимент описал М.И. Зеликин:
«Представим себе ионную плазму, образующую положительно заряженный шар. Пусть вокруг этого шара имеется сферический слой отрицательно заряженной плазмы и пусть, наконец, в этом слое имеет место сверхпроводимость. Электроны, летящие в направлениях, касательных к сфере, отклоняются внутренним положительным зарядом и движутся, оставаясь всё время на сфере. Сверхпроводимость означает, что движение электронов происходит без потери энергии при столкновениях. Любое непрерывное векторное поле на поверхности сферы обязательно имеет особенности. Для того чтобы их избежать, мы предположим, что в нашем случае имеет место нечто вроде геодезического потока на сфере. Тот факт, что ионизация сохраняется, означает, что мы имеем дело с холодной плазмой. Она не гаснет благодаря сверхпроводимости. Именно сверхпроводимость и объясняет столь долгое время существования шаровых молний».
Что почитать?
- Стекольников И.С. — «Физика молнии и грозозащита»
- Бенндорф Г. — «Атмосферное электричество»
- Вильфрид де Фонвьюэль — «Молния и свечение»
- Франсуа Араго — «Гром и молния»
- Капица П.Л. — «О природе шаровой молнии»
Что посмотреть?
- «Небесный огонь — Молния» — Discovery
- «Молния: Природа наносит ответный удар» — BBC
- «Молния. Перезарядка» — National geographic
Подписывайтесь на наш канал в Telegram, чтобы получать свежие статьи своевременно!
