Приложение В. Шаровая молния

Шаровая молния (ball lightning; boules defeu или foudre spherique; Kugelblitz)- название подвижных светящихся шаров, которые наблюдались во время гроз. Типичная шаровая молния имеет размеры с апельсин или грейпфрут и время ее жизни равно нескольким секундам. Обзоры сообщений очевидцев шаровой молнии были опубликованы Брандом [21, Родевальдом [18], Дьюаном [6], Сильбергом [20], Мак-Налли [13] и Рейли [17]. Визуальное явление часто сопровождается звуком, запахом; нередко оно оставляет после себя повреждения, и, следовательно, трудно отрицать реальность этого явления (как это делает Хамфрейс [8]). В письме к издателю лондонской «Дейли мейл» Моррис [14] описал необычный случай, когда шаровая молния вызвала кипение воды в кадке.

Во время грозы я увидел, как с неба упал красный раскаленный шар. Он направился к нашему дому, оборвал телефонный провод, сжег оконную раму и упал в кадку с водой.

Через несколько минут вода в кадке закипела, но когда она остыла достаточно для того, чтобы я мог внимательно осмотреть кадку, мне ничего не удалось найти.

Фотографии шаровой молнии были опубликованы Дженсеном [10], Куном [12], Вольфом [24], Давыдовым [4], Дженингсом [9] и Мюллер-Хиллебрандом [15].

Сообщалось, что явление, весьма подобное (если не идентичное) шаровой молнии, имело место в подводной

лодке в результате сильноточного разряда на рубильнике (около 150 000 А постоянного тока от источника напряжением 260 В) [19]. Кроме того, автор получил ряд сообщений о явлениях, подобных шаровой молнии, которые случайно возникали в высоковольтной электротехнической аппаратуре.

Обычно считают, что шаровая молния — редкое явление. Однако Райли [17] сообщает следующее:

Персоналом Льюисовского исследовательского центра НАСА были проведены обследования с целью получения информации о появлении шаровой молнии. Сравнение частоты наблюдения шаровых молний с частотой наблюдения мест ударов обычных молний показало, что шаровая молния не является особенно редким явлением. В противоположность широко распространенному представлению, частота появления шаровой молнии может быть близка к частоте обычных разрядов облако — земля.

Иногда путают шаровую молнию и огни св. Эльма. Огни св. Эльма представляют собой разряд с заостренного проводящего объекта в сильном электрическом поле. Подобно шаровой молнии, огни св. Эльма могут принимать сферическую форму. В отличие от шаровой молнии огни св. Эльма постоянно остаются на проводнике, хотя и могут смещаться вдоль него. Кроме того, время жизни огней св. Эльма гораздо больше, чем обычной шаровой молнии.

Из опубликованных наблюдений шаровых молний можно составить перечень характеристик шаровой молнии.

1. Появление. Большинство наблюдений шаровой молнии сделано во время гроз. Большая часть (но не все) шаровых молний, вызванных грозой, появляется почти одновременно с разрядом облако—земля. Эти шаровые молнии возникают в нескольких метрах от земли. Сообщалось, что иногда шаровые молнии появлялись около земли и в отсутствие разряда молнии. Шаровые молнии также наблюдались висящими в воэдухе высоко над землей или падающими из облака на землю.

2. Внешний вид. Шаровые молнии обычно имеют сферическую форму, хотя есть сообщения и о других формах.

Диаметр их составляет от 10 до 20 см; имеются данные о диаметрах от 1 до 100 см. Шаровые молнии бывают разного цвета, причем чаще всего встречаются красный, оранжевый и желтый цвета. Как правило, шаровые молнии не слишком ярки, но их можно четко различать при дневном свете. Сообщают, что шаровые молнии сохраняют относительно постоянными яркость и размер за время существования, хотя не являются необычными шаровые молнии с изменяющимися яркостью и размерами.

3. Время жизни. Обычно оно составляет менее 5 с. Согласно опубликованным данным, время жизни небольшой части шаровых молний превышало минуту.

4. Движение. Шаровые молнии обычно перемещаются горизонтально со скоростью несколько метров в секунду. Они могут также оставаться неподвижными в воздухе или опускаться от облака к земле. Они редко поднимаются вверх, как это было бы, если бы шаровая молния представляла собой раскаленные «пузыри» воздуха при атмосферном давлении, на которые действует только сила тяжести. Во многих сообщениях описываются шаровые молнии, которые, по-видимому, вращались или поворачивались при перемещении. Иногда сообщают, что шаровые молнии отскакивают от твердых предметов, например от земли.

5. Тепло, звук и запах. Наблюдатели шаровой молнии лишь изредка сообщают об ощущении тепла. Однако существуют описания шаровых молний, которые зажигали сараи и расплавляли провода. Мак-Налли приводит одно из сообщений, в котором описывается шаровая молния, нагревшая кадку с водой с шумом, «как если бы бросили в воду раскаленный докрасна кусок железа». Иногда шаровые молнии издают шипящий звук. Многие наблюдатели отмечают характерный запах, сопровождающий шаровую молцию. Запах обычно описывается как острый и неприятный, напоминающий озон, горящую серу или окись азота.

6. Притяжение к предметам и ограждениям. Часто сообщают, что шаровые молнии притягиваются к металлическим предметам, например проволочным заграждениям или телефонйым проводам. Притянувшись, они обычно перемещаются вдоль этих предметов, Все или некоторые

из этих наблюдений можно отнести к огням св. Эльма. Шаровые молнии часто проникают внутрь домов через сетки от насекомых или дымоходы. Согласно некоторым сообщениям, иногда они проникают в дом через оконные стекла. Сообщалось также, что они образуются и в зданиях, иногда из телефонных аппаратов. Шаровые молнии могут появляться и в цельнометаллических ограждениях, например внутри самолета 123].

7. Исчезновение. Шаровые молнии распадаются двумя способами: бесшумно или со взрывом. Распад со взрывом происходит быстро и сопровождается громким звуком. Бесшумный распад может происходить как быстро, так и медленно. Большая часть шаровых молний распадается быстро. Иногда сообщают, что после распада шаровой молнии остается туман или какие-то остатки. Изредка наблюдалось, что шаровая молния разбивалась на две или больше шаровых молний меньших размеров.

8. Типы. Может быть не один тип шаровой молнии. Например, шаровая молния, которая притянулась к проводнику, может отличаться от свободно плавающей шаровой молнии; шаровая молния, которая появляется на уровне земли, может отличаться от шаровой молнии, которая висит высоко в воздухе, или от шаровой молнии, которая падает из облака.

Рассмотрим кратко теории, которые были предложены для «объяснения» шаровой молнии. К сожалению, ни одна теория шаровой молнии не может объяснить как ее подвижность, так и тот факт, что молния не поднимается. В итоге, несмотря на многочисленные теоретические модели, предложенные для объяснения этого явления, причины, вызывающие образование шаровой молнии, остаются неизвестными. Все теории шаровой молнии распадаются на два основных класса: теории, в которых источник энергии молнии находится вне ее (шаровая молния с внешним источником энергии), и теории, согласно которым энергия молнии накоплена внутри самого шара (шаровая молния с внутренним источником энергии). Рассмотрим сначала модели с внутренним источником. Этот класс моделей разбивается на шесть подклассов.

1) Шаровая молния представляет собой газ или воздух, обладающий необычными свойствами.

Предполагалось, что шаровая молния — это медленно горящий газ; излучение за счет медленной рекомбинации неизвестных ионов; из лучение долгошивущих частиц воздуха, находящихся в метастабильных состояниях, или частиц, которым передается энергия метастабильных частиц; химическая реакция, в которой принимают участие пыль, копоть, и т. д. 2) Шаровая молния представляет собой шар горячего воздуха при атмосферном давлении. Юман и Лаук [23], используя теорию, рассмотренную в разд. 7.7, рассчитали временные и пространственные характеристики изолированного шара горячего воздуха. Было установлено, что для шара диаметром 20 см скорость охлаждения при температуре 3000 К составляет около и что радиус сферы остается практически постоянным в ходе охлаждения. К сожалению, сравнительно небольшая скорость охлаждения не обеспечивает относительно постоянной яркости шара. 3) Шаровая молния — это плазма очень высокой плотности (концентрация электронов которая проявляет квантовомеханические свойства, характеризующие твердое состояние [16]. 4) Шаровая молния представляет собой одну из конфигураций замкнутых кольцевых токов, сдерживаемых своим собственным полем. Финкелыптейн и Рубинштейн [7] показали, что плазма, сдерживаемая таким образом, в нормальных условиях не может возникнуть в воздухе. 5) Шаровая молния представляет собой воздушный вихрь (подобный кольцам табачного дыма), что обеспечивает удерживание светящихся газов. 6) Шаровая молния — это поле микроволнового излучения, заключенного в тонкую сферическую плазменную оболочку [5].

Рассмотрим теперь теории шаровой молнии, в которых снабжение энергией шаровой молнии происходит за счет внешних источников. Предложено три типа источников энергии: а) высокочастотное (сотни мегагерц) электромагнитное поле, б) постоянный ток от облака к земле и в) сфокусированные частицы космического излучения.

1) Черилло [3] и Капица предположили, что сфокусированная высокочастотная энергия от грозового облака может создать и поддерживать шаровую молнию. Однако электрические поля высокой напряженности, необходимые для этого механизма, никогда не

наблюдались в грозовых облаках. 2) Финкельштейн и Рубинштейн [7] и Юман и Хелстром [22] предположили, что постоянный ток, протекающий из облака на землю, будет сжиматься в поперечном сечении в области с высокой проводимостью и что увеличение подводимой энергии из-за сжатия тока будет поддерживать Молнию. Эта теория не может объяснить появление шаровой молнии внутри строений, особенно внутри металлических сооружений. 3) Арабаджи [1] предположил, что частицы космических лучей могут фокусироваться электрическими полями грозового облака таким образом, что создают разряд в воздухе в одной точке пространства.

Литература, посвященная шаровой молнии, весьма обширна, и, отдавая должное предмету, следовало бы написать отдельную книгу. В этом приложении не было сделано даже попытки добиться завершенности. Для читателя, который хочет более подробно ознакомиться с шаровой молнией, ссылки, приведенные в этом приложении, будут хорошим исходным материалом.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

(см. скан)