Шаровая молния... Так издавна называли светящиеся шаровидные образования, время от времени наблюдаемые во время грозы в воздухе, как правило вблизи поверхности.
Шаровая молния решительно не похожа на линейную молнию ни по своему виду, ни по тому, как она себя ведет.
- Линейная молния кратковременна; шаровая живет десятки секунд, минуты.
- Линейная молнии сопровождается громом; шаровая совсем или почти бесшумна.
В поведении шаровой молнии много непредсказуемого: неизвестно, куда именно направится светящийся шар в следующее мгновение, как он прекратит свое существование (тихо или же со взрывом).
Как возникает шаровая молния и как часто это происходит?
В большинстве случаев (более 90 %) шаровая молния возникает во время грозы, когда наблюдаются обычные молнии и напряженность атмосферного электрического поля особенно велика. Однако шаровые молнии наблюдаются иногда и в отсутствие грозы и даже в ясную погоду. Вопрос о том, как возникает шаровая молния, является, пожалуй,
наиболее сложным и неясным. В большинстве своем наблюдатели утверждают, что шаровая молния возникла либо сразу после разряда, либо перед разрядом обычной молнии, что бывает реже.
Как именно рождается шаровая молния при разряде обычной молнии?
Возможно, она возникает тогда, когда спускающийся из тучи ступенчатый лидер встречается в нескольких десятках метров над землей со встречным лидером. Возможно также, что шаровая молния возникает в месте резкого излома обычной молнии или в том месте, где произошло ее раздвоение. Нельзя не принимать во внимание и сообщения, что шаровая молния возникла из земли или воды в том месте, которое было только что поражено обычной молнией. Наконец, шаровая молния может родиться при разряде между тучами. Во всех этих случаях она образуется за счет энергии разряда обычной молнии.
Гипотезы о природе шаровой молнии.
Если физическая природа линейной молнии была установлена более двухсот лет назад, то природа шаровой молнии до сих пор остается, по сути дела, неразгаданной. Все гипотезы, касающиеся природы шаровой молнии, можно разделить на две группы.
В первую входят гипотезы, согласно которым шаровая молния непрерывно получает энергию извне. Предполагается, что молния каким-то образом (по какому-то каналу) получает энергию, накапливающуюся в облаках, причем тепловыделение в самом канале оказывается незначительным, так что вся передаваемая по нему энергия сосредотачивается в объеме шаровой молнии, вызывая его свечение.
Ко второй группе относятся гипотезы, согласно которым шаровая молния после своего возникновения становится самостоятельно существующим объектом. Он состоит из некого вещества, внутри которого происходят процессы, приводящие к выделению энергии.
Попытки лабораторного воспроизведения шаровой молнии.
Первую попытку предпринял в конце XIX в. сербский изобретатель Никола Тесла (1856—1943).
Он сообщил, что при определенных условиях зажигая газовый разряд, наблюдал после выключения напряжения светящийся шар диаметром 2—6 см. К сожалению, Тесла не раскрыл детали своего эксперимента. Новые попытки получения шаровой молнии начали предприниматься с 40-х гг. XX в. Как правило, они проводились по схеме: создается газовый разряд и затем подыскиваются условия, при которых разряд преобразуется в светящийся шар. При этом удавалось создать лишь весьма кратковременные разряды сферической формы, которые мало походили на природные шаровые молнии, способные существовать до минуты и более и перемещаться при этом на значительные расстояния.
В изданном в середине XVIII в. учебнике физики можно прочитать следующее упоминание о шаровых молниях: «Что об огненных шарах, по воздуху носящихся и часто с великим громом разрывающихся, упоминается, то их не за иное что почитать должны, как за огненную материю, молнии подобную. Ибо не можно доказать, чтоб они были твердые шары, из собравшихся горючих паров в атмосфере родившиеся».
Шаровая молния — интереснейшее явление природы. К сожалению, единственный пока метод ее изучения — это
систематизация и анализ случайных наблюдений. Впервые такая систематизация была предпринята в первой половине XIX в. французским ученым и политическим деятелем Домиником Араго (1786—1853). Он собрал сведения о тридцати случаях наблюдения шаровой молнии.
Как выглядит шаровая молния?
Ее форма весьма близка к шару, но может оказаться эллипсоидом или грушей; поверхность молнии может колыхаться.
Шаровая молния светится — ее яркость сравнивают с яркостью света 100-ваттной лампочки. Чаще всего (примерно в 60 % случаев) шаровая молния имеет желтый, оранжевый или красный цвет; в 20 % случаев — это белый шар, в 20 % — синий, голубой. Иногда цвет изменяется во время наблюдения. Перед угасанием молнии внутри
нее могут возникать темные области в виде пятен, каналов, нитей.
Как правило, шаровая молния имеет достаточно четкую поверхность, отграничивающую молнию от окружающей среды. Это типичная граница раздела двух разных фаз. Наличие ее говорит о том, что вещество молнии находится в особом фазовом состоянии. Иногда на поверхности молнии начинают плясать язычки пламени, из нее выбрасываются снопы искр.
Диаметр шаровых молний находится в диапазоне от сантиметра до нескольких десятков сантиметров. Чаще всего встречаются молнии диаметром 15—30 см.
Шаровая молния может двигаться по весьма причудливой траектории. Вместе с тем в ее движении обнаруживаются определенные закономерности.
Во-первых, возникнув где-то вверху, в тучах, она опускается поближе к поверхности земли.
Во-вторых, оказавшись у поверхности земли, она движется далее почти горизонтально, обычно повторяя рельеф местности.
В-третьих, молния, как правило, обходит, огибает проводящие ток объекты и, в частности, людей.
В-четвертых, молния обнаруживает явное «желание» проникать внутрь помещений.
Обычно шаровая молния движется бесшумно. Но может издавать шипение или жужжание — особенно когда она искрит. Когда молния плавает над поверхностью земли (обычно на высоте метра или несколько больше), она напоминает тело, находящееся в состоянии невесомости. По-видимому, вещество молнии имеет почти такую же плотность, что и воздух. Точнее, молния немного тяжелее воздуха — недаром она, в конечном счете, всегда стремится опуститься вниз. Ее плотность составляет (1—2)e3 г/см3. Разницу между силой тяжести и выталкивающей (архимедовой) силой компенсируют конвекционные воздушные потоки, а также сила, с какой действует на молнию атмосферное электрическое поле. Последнее обстоятельство является весьма важным. Как известно, человек не имеет органов, реагирующих на напряженность электрического поля. Иное дело шаровая молния. Вот она огибает наблюдателя или груду металла, копирует в своем движении рельеф местности — во всех этих случаях она перемещается вдоль эквипотенциальной поверхности. Шаровая молния очень чутко реагирует на электрическое поле вблизи поверхности земли, на заряд, имеющийся на объектах, которые оказываются на ее пути. Так, она стремится переместиться в те области пространства, где напряженность поля меньше; этим можно объяснить относительно частое появление шаровых молний внутри помещений. На движение шаровой молнии могут влиять потоки воздуха. Ведь она обладает довольно большим диаметром при малой массе, что обеспечивает значительную парусность.
Если к вам приблизилась шаровая молния, не двигайтесь с места, а сильно подуйте в ее сторону. Вполне возможно, она отлетит от вас в сторону. Если же вы побежите от нее, она может вслед за воздушным потоком последовать за вами.
Скорость движения шаровой молнии невелика: 1—10 м/с. За ней нетрудно следить. Внутри помещений молния может на некоторое время даже останавливаться, зависая над полом.
Вызывает удивление способность шаровой молнии проникать в помещение сквозь щели и отверстия, размеры
которых много меньше размеров самой молнии. Так, молния диаметром 40 см может пройти сквозь отверстие диаметром всего в несколько миллиметров. Проходя сквозь малое отверстие, молния очень сильно деформируется, ее вещество как бы переливается через отверстие. Еще более удивительна способность молнии после прохождения сквозь отверстие восстанавливать свою шаровую форму. Способность шаровой молнии сохранять форму шара указывает на наличие поверхностного натяжения у вещества молнии.
Живет шаровая молния от нескольких секунд до нескольких минут. Совсем недолго живут очень маленькие молнии (диаметром порядка сантиметра и меньше) и очень большие (диаметром около метра и больше). Наиболее долго живут молнии диаметром 10—40 см.
Существуют три разных способа прекращения существования молнии.
Чаще всего (в 60 % случаев) молния взрывается.
В 30 % случаев она спокойно угасает (из-за нехватки запаса энергии, накопленной в ней).
В 10% случаев внутри молнии развиваются неустойчивости, и она распадается на части.
Маленькие молнии угасают («сгорают»); большие «предпочитают» распадаться на части.
В поведении шаровой молнии немало коварства. Мы не знаем, обойдет она тот или иной объект или, напротив, притянется к нему. Неизвестно, взорвется она или спокойно угаснет. Ну а если взрыв все же происходит, то, спрашивается, насколько он разрушителен? Это определяется, очевидно, запасом энергии молнии.
