Самое таинственное природное явление

Откуда берется шаровая молния?

Люди наблюдали за этим явлением с древнейших времен, относясь к нему и со страхом, и с интересом одновременно. Самым обиходным предположением о возникновении этого чуда является миф о том, что пес Цербер, служивший в аду, принимал форму огненного шара, выходил из-под земли и уничтожал всех, кто появлялся на его пути. Это пришло с Греции, на Руси это связывали с действиями Змея Горыныча, в Риме ассоциировали с огненным вороном, который нападал на мегаполисы и кидался углями.

Первые более-менее научные данные о таком явлении природы, как шаровая молния появились в средние года девятнадцатого века, когда на основе рассказов очевидцев были созданы некоторые характеристики. Многие физики пытались дать объяснение происходящему. Известный ученый Капица выдвинул предположение, что шарообразные молнии образуются на некой электромагнитной оси, при разряде в пространстве от грозовой тучи до земли. Еще одна версия в том, что это очень высокой плотности плазма, распространяющая короткие волновые лучи.  Было предположение что это нечто созданное из газа, но из какого и откуда он берется неизвестно. Нужно отметить есть и такие кто вообще опровергают существование этого вида молний, полагая что это всего лишь зрительный обман или глюки «очевидцев».

// Статистика наблюдений

В отсутствие воспроизводимых экспериментальных данных, вся информация
основана на рассказах очевидцев, и лишь в редких случаях — на фото- или
киноматериалах. Это наводит на сомнения в самом существовании явления. Однако
шаровая молния — явление довольно частое, поэтому такое недоверие может
относиться к частным свидетельствам, но не к явлению вообще. Опираясь на
статистически усреднённые параметры, мы в самом деле
можем исследовать шаровую молнию как физическое явление.

Отметим, что наблюдение чаще всего доступно жителям сельской местности,
много времени проводящим на свежем воздухе и не всегда имеющим возможность
быстро укрыться от непогоды. Городские жители могут не увидеть шаровой молнии
за всю жизнь ни разу, а сельские — насчитают десятки наблюдений.

Рассказы о наблюдении шаровой молнии известны уже две тысячи лет. Первое
статистическое исследование этих сообщений было проведено французом Ф. Араго 150 лет назад. В его книге было описано 30 случаев
наблюдения шаровых молний. Статистика небольшая, и неудивительно, что многие
физики позапрошлого века, включая Кельвина и Фарадея, были склонны считать, что
это либо оптическая иллюзия, либо явление совершенно иной, неэлектрической
природы. Однако с тех времён количество и качество сообщений возросло; на
сегодняшний день задокументировано около 10 тысяч
случаев наблюдения шаровой молнии.

Тайны шаровых молний

Учёные долгое время не допускали даже существования такого явления, как шаровая молния: сведения о её появлении относили в основном или к оптическому обману, или к галлюцинациям, что поражают сетчатку глаза после вспышки обыкновенной молнии. Тем более что свидетельства о том, как выглядит шаровая молния, во многом не совпадали, а во время её воспроизведения в лабораторных условиях удавалось получить лишь кратковременные явления.

Всё изменилось после того, как вначале XIX ст. физик Франсуа Араго опубликовал отчёт, с собранными и систематизированными свидетельствами очевидцев о явлении шаровой молнии. Хотя эти данные и сумели убедить многих учёных в существовании этого удивительного явления, скептики всё же остались. Тем более загадки шаровой молнии со временем не уменьшаются, а лишь множатся.

Непонятен и состав вещества, которое позволяет ему проникать не только через дверные и оконные проёмы, но и через малюсенькие щели, после чего вновь принимать без ущерба для себя изначальную форму (физики этого явления разгадать на данный момент не в состоянии).

Некоторые учёные, изучая явление, выдвигали предположение, что в действительности шаровая молния являет собой газ, но в таком случае плазмовый шар под воздействием внутреннего тепла должен был бы взлетать вверх наподобие воздушного шара.

Да и природа самого излучения непонятна: откуда оно исходит – лишь с поверхности молнии, или со всего её объёма. Также перед физиками не может не возникать вопрос о том, куда пропадает энергия, что находится внутри шаровой молнии: если бы она шла лишь на излучение, шар исчезал бы не через несколько минут, а светился бы пару часов.

Несмотря на огромное количество теорий, физики до сих пор не могут дать научно обоснованного объяснения этого явления. Но, существует две противоположные версии, получившие популярность в научных кругах.

Гипотеза №1

Доминик Араго не только систематизировал данные о плазменном шаре, но и попытался объяснить, в чём состоит загадка шаровой молнии. По его версии шаровая молния — это специфическое взаимодействие азота с кислорода, во время которого выделяется энергия, создающая молнию.

Другой физик Френкель дополнил эту версию теорией о том, что плазмовый шар является вихрем шарообразной формы, состоящий из пылевых частиц с активными газами, что стали таковыми из-за полученного электрического разряда. По этой причине вихрь-шар вполне может существовать довольно продолжительное время. В пользу его версии говорит тот факт, что плазмовый шар обычно возникает в запыленном воздухе после электрического разряда, а после себя оставляет небольшой дымок со специфическим запахом.

Таким образом, эта версия говорит о том, что вся энергия плазменного шара находится внутри него, из-за чего шаровую молнию можно считать накопителем энергии.

Гипотеза №2

Академик Петр Капица с этим мнением был не согласен, поскольку утверждал, что для беспрерывного свечения молнии нужна дополнительная энергия, которая подпитывала бы шар извне. Он выдвинул версию, что явление шаровой молнии подпитывают радиоволны длиной от 35 до 70 см, возникающие в результате электромагнитных колебаний, возникающих между грозовыми тучами и земной корой.

Хотя его версия многим пришлась по душе, природа шаровой молнии версии не соответствует. На данный момент современная аппаратура ни разу не зафиксировала радиоволны нужной волны, которые появлялись бы в результате атмосферных разрядов. Кроме того, вода является почти непреодолимым препятствием для радиоволн, а потому нагреть воду, как в случае с бочонком, а тем более вскипятить её, плазменный шар не смог бы.

Также ставит гипотезу под сомнение масштаб взрыва плазменного шара: он не только способен расплавить или разнести в куски прочные и крепкие предметы, но и переломать толстые брёвна, а его ударная волна – перевернуть трактор. В то же время обыкновенное «схлопывание» разреженного воздуха проделать все эти трюки не способно, а его эффект подобен лопнувшему воздушному шару.

Что такое шаровая молния?

Как уже было сказано, шаровая молния — это шаровидное скопление электрического тока. Является очень редким явлением, до такой степени, при этом существует масса интересных историй, связанных с ними.

Очевидцы по-разному описывают их, поэтому точное представление о их внешних характеристиках дать сложно. Примерно собрав все данные можно описать ее как прозрачной, так и имеющей цветные отливы полосу или искру округлой формой, дисковидной, каплевидной.

Порой ее путают с другим явлением – электрическим разрядом, имеющим вид кисточек, его называют Огни святого Э́лмо.

Движение этого вида также непонятно, одни говорят о траектории из стороны в сторону, другие снизу вверх и так по кривой, третьи вообще описывают непонятные и порой непредсказуемой траектории. Есть данные о том, что они могут отважатся от объектов в том числе людей, домов, машин, либо притягиваться ими или даже проходить сквозь твердые объекты без последствий. Условия возникновения также разнятся, есть данные о возникновения этого чуда как в спокойную, так и в ненастную погоду, в дождь.

После появления шары пропадали разными способами, когда-то просто растворялись, постепенно рассеивались, уходили в другие предметы, взрывались и при этом могли нанести вред. Действие на человека также описывается по-разному, кому-то от встречи с ними ничего не было, кто-то после встречи уходил из жизни.

Из рассказов всех обывателей была составлена некая характеристика этого явления:

• возникает совместно с грозой;
• внешне выглядит как шар;
• в диаметре может быть от 1 до 100 сантиметров;
• имеют характерную яркость, сравнивают с настольной лампой;
• имеет разные оттенки;
• по долготе проявления от 1 сек до 1 мин, при это идет сохранение яркости;
• движется чаще всего параллельно земле;
• порой возникает движение вертикально, либо состояние покоя;
• возможно вращение;
• выделяет тепло;
• притягивается металлами;
• возможно прохождение через преграды;
• исчезает с сопровождения взрыва либо бесшумно;
• возможно присутствие запаха.

Виды

Святящийся огненный шар может быть разных цветов. Основные цвета: голубой, оранжевый, белый. Встречаются другие тона, даже черные. Цвет не всегда имеет однородность, часто меняет свой оттенок внутри тела и в полупрозрачной оболочке. Средняя мощность свечения составляет 100 ватт.

Наблюдается он в основном в грозовую погоду, иногда встречается ясным днем. Нередки случаи, когда во время грозы сгусток плазмы проникал в строения через открытое окно, дверной проем, отверстия розеток, проходит через стекло, прожигая в нем отверстия в несколько сантиметров.

Яркость уникального природного явления, по утверждению очевидцев, может быть ослепительной и приглушенной. Огненные шары, кроме цвета и яркости способны видоизменять форму, размер, ускорять или замедлять движение. Размер может быть несколько сантиметров и в десяток метров, скорость – от нескольких сантиметров в секунду. Средняя горизонтальная скорость – 15 метров в секунду, вертикальный подъем – 5,7 метра в секунду.

Чем опасна

Встреча с шаровой молнией представляет опасность для человека. Переполненное электричеством тело может нанести непоправимый вред здоровью человека. Нередки случаи, когда оно являлось причиной смерти животных и людей, оказавшихся на его пути.

Последствия удара шаровой молнии – испарение воды, расплавленные стекла, металлические предметы. Соприкосновения с антеннами, установленными на крышах построек, выводят из строя электронное и электрическое оборудование. Притягивание незаземленными металлическими предметами, вызывает короткое замыкание электрических приборов.

Что такое шаровая молния?

Этот удивительный природный объект до сих пор малоизучен. Внешне представляет собой шарообразный электрический сгусток со следующими параметрами:

• величина – обычно от 10 до 20 см в диаметре;
• цвет – в спектре свечения от голубого до оранжевого, может меняться;
• форма – чаще всего сфера;
• время существования – по оценкам большинства очевидцев не дольше 30 секунд;
• температура – не установлена, но ученые предполагают, что до 1000°C (удивителен тот факт, что люди вблизи объекта не чувствуют тепла, хотя по физическим законам должны получить ожоги).

Наука пока не знает, благодаря каким физическим свойствам и химическому строению огненный шар способен менять величину и форму, просачиваться сквозь небольшие отверстия, менять траекторию полета и вовсе замирать на месте. Природу шаровой молнии на нынешнем этапе развития науки изучить проблематично, поскольку воссоздание объекта в лабораторных условиях – невыполнимая задача. Поэтому ученым остается выдвигать теории, ожидающие подтверждения.

Появляются шаровые молнии внезапно, чаще всего во время грозы, но бывали случаи наблюдения и в тихие безоблачные дни. Светящаяся сфера способна выплыть из облака, кроны дерева, стены здания, любого находящегося в помещении крупного предмета. Она свободно проходит сквозь любые препятствия, сжимается, чтобы просочиться через небольшие отверстия, затем расширяется.

Встретить уникальный природный объект можно в любом месте. Обычно явление единичное, но есть места, в которых молния фиксируется с определенной периодичностью. Например, в районе Пскова есть открытое пространство, называемое Чертовой поляной. В этом месте из-под земли то и дело выплывает черный горящий шар. Явление стали наблюдать после падения метеорита в Тунгусский бассейн. Пытались следить за черным шаром датчиками, но все технические устройства расплавляются.

Причины возникновения импульсного перенапряжения

ИП может происходить как по технологическим, так и по природным причинам. В первом случае резкий перепад разности потенциалов происходит, когда на трансформаторной подстанции, откуда идет питание конкретной линии, возникает коммутационная перегрузка. Импульсное перенапряжение, вызванное природными причинами, случается, когда во время грозы мощный разряд бьет в молниезащиту сооружения или линию электрической передачи. Независимо от того, чем вызван скачок напряжения, он может быть очень опасен для домашней электросети, поэтому для эффективной защиты от него требуется подключить УЗИП.

Микроволновые лучи

Но ученые пытались не только анализировать свидетельства, пришедшие из прошлого, но и в лабораторных условиях старались воссоздать это загадочное явление. Так израильские специалисты из университета в Тель-Авиве смогли вызывать свою версию шаровой молнии, используя микроволновые лучи. В совсем недавнем же эксперименте, проведенном в 2018 году, квантовые физики решили создать шаровую молнию, используя синтетически связанное магнитное поле.

Но это далеко не все теории появления шаровой молнии, а лишь самые последние из них. Ученые продолжают ломать головы над столь неуловимым явлением, которое не факт, что даже существует.

Как уберечь себя

Как уберечься от шаровой молнии? Прежде всего необходимо предпринять действия, которые обезопасят вас во время обычной грозы. Помните, что в большинстве случаев люди страдают от электрического удара, находясь на природе или в сельской местности.

• Как спастись от шаровой молнии в лесу? Не прячьтесь под одинокими деревьями. Постарайтесь найти невысокую рощу или подлесок. Помните, что молния редко бьет в хвойные деревья и березу.
• Не держите над головой металлические предметы (вилы, лопаты, ружья, удочки и зонты).
• Не прячьтесь в стог сена и не ложитесь на землю – лучше опуститесь на корточки.
• Если гроза застала вас в машине, остановитесь и не трогайте металлические предметы. Не забудьте опустить антенну и отъехать от высоких деревьев. Остановитесь у обочины и не заезжайте на заправочную станцию.
• Помните, что довольно часто гроза идет против ветра. Точно так же движется и шаровая молния.
• Как себя вести в доме и стоит ли беспокоиться, если вы находитесь под крышей? К сожалению, громоотвод и другие приспособления не способны вам помочь.
• Если вы находитесь в степи, то присядьте на корточки, постарайтесь не возвышаться над окружающими предметами. Можно укрыться в канаве, но покиньте ее сразу же, как только она начнет заполняться водой.
• Если вы плывете в лодке, то ни в коем случае не вставайте. Постарайтесь как можно быстрее добраться до берега и отойдите от воды на безопасное расстояние.

• Снимите с себя украшения и отложите подальше.
• Отключите мобильник. Если он сработает, то к сигналу может притянуться шаровая молния.
• Как спастись от грозы, если вы на даче? Закройте окна и дымоход. Пока не известно, является ли стекло преградой для молнии. Однако замечено, что она легко просачивается в любые щели, розетки или электроприборы.
• Если вы дома, то закройте окна и выключите электроприборы, не касайтесь ничего металлического. Постарайтесь держаться подальше от розеток. Не звоните по телефону и отключите все внешние антенны.

Как появляется молния и гром: краткое описание явления

Искровой разряд

Молния — это гигантский электрический разряд, всегда сопровождающийся яркой вспышкой и звуковыми раскатами — громом. Вспышка молнии редко бывает одиночной, обычно они бывают от 2-3 до нескольких десятков разрядов. Образование этого явления возможно в кучево-дождевых облаках или слоисто-дождевых тучах огромных размеров (до 7 км в высоту). Такие облака и тучи легко выделить среди других по насыщенному темно-синему цвету. 

Молнии могут образовываться:

1. Внутри одной тучи.
2. Между соседними наэлектризованными облаками.
3. Между тучами и поверхностью земли. 

Грозовые облака состоят из пара, который в верхних слоях тучи из-за низкой температуры конденсирован в виде кристалликов льда. Для того чтобы туча стала грозовой, ледяные кристаллы внутри нее должны начать активно двигаться. Этому способствуют потоки теплого воздуха, поднимающиеся с нагретой поверхности. Теплые массы воздуха влекут за собой вверх более мелкие кристаллики льда, которые наталкиваются на более крупные. В результате этого процесса маленькие кристаллы оказываются положительно заряженными, крупные — отрицательно заряженными.

При этом маленькие кристаллики льда концентрируются в верхней части тучи, которая становится положительно заряженной, а большие — в нижней, отрицательно заряженной. Напряженность электрического поля в таком облаке достигает огромных значений: 1 миллион вольт на 1 метр. При соприкосновении противоположно заряженных слоев в местах столкновения ионы и электроны образуют канал, все заряженные частицы устремляются по нему вниз, и образуется мощный электрический разряд — молния. 

Полученный канал раскаляется до 30000 градусов Цельсия и образует яркий свет, который видно доли секунды. После того, как канал образован, грозовая туча начинает разряжаться: за первым ударом молнии следуют два и более разрядов. 

Звук разряда

Через несколько секунд после вспышки молнии возникает гром. Гром — это взрывоподобные колебания воздуха, которые происходят из-за резкого повышения давления вдоль канала, чему способствует разогрев атмосферы до 30000 градусов Цельсия. 

Удар молнии — это своего рода взрыв, который вызывает ударную волну, очень опасную для человека или животного, оказавшегося поблизости. Находясь на отдаленном расстоянии от эпицентра грозы, мы не можем ощутить ударную волну электрического разряда, но хорошо слышим звуковую, которую и называем громом или громовыми раскатами.

Сколько молний возникает ежедневно

Благодаря данным со спутников ученые узнали, что в каждую секунду на Земле происходит 44 ± 5 ударов молнии. То есть за сутки случается более 3,5 миллионов разрядов, а их количество в год составляет порядка 1,4 миллиарда. При этом около 25% ударяют в землю и примерно 75% вспыхивают среди облаков.

Как образуется шаровая молния?

Зрительной галлюцинация

В 2010 году ученые из австрийского Университета Инсбрук опубликовали свою гипотезу, которая впервые попала под критерии Поппера (то есть это первая гипотеза, которая может считаться научной). Специалисты посчитали, что явление шаровой молнии является не природной аномалией, а лишь фосфеном (то есть зрительной галлюцинацией, которая возникает без прямого воздействия света на рецепторы глаза, вызывая у наблюдаемого образы светящихся точек и фигур, которые появляются в темноте).

Пир и Кендель предполагают, что изменяющиеся условия окружающей среды, возникающие при ударах молний, влияют на зрительные нервы людей таким образом, что им кажется, что они видят шаровые молнии. Подобный эффект может быть вызван даже на расстоянии 100 метров от непосредственной точки удара молнии.

На протяжении двух лет эта теория считался основной, и ученому миру казалось, что вопрос решен, но вот в 2012 в районе Тибетского плато произошло нечто, вернувшее шаровую молнию на повестку дня. Китайские метеорологи, установившие спектрометры для наблюдений за обычными молниями, смогли зафиксировать свечение шаровой молнии. Оно длилось ровно 1,64 секунды, а специалистам удалось зарегистрировать ее подробные спектры. Они сильно отличаются от обычных молний, в которых присутствуют линии ионизированного азота, тогда как у шаровой молнии было железо, кремний и кальция, содержащиеся в почве.

Таким образом можно сделать вывод, что гипотеза австрийских ученых не является исчерпывающей. Но до сих пор не существует ни одной неопровержимой теории о том, почему возникает подобная аномалия. И множество экспертов вообще сомневается в ее существовании.

Химических реакция

Китайские метеорологи из Ланьчжоу, которые в 2012 году зафиксировали шаровую молнию, опубликовали свою гипотезу возникновения шаровой молнии. Так они предположили, что аномалия возникает из-за определенных химических реакций между кислородом и элементами, которые испаряются из почвы при ударе молнии. Этот ионизированный воздух, или же плазма, также могут вызывать и другой эффект, который называется Огнями Святого Эльма (они представляют собой стационарное свечение, часто возникающее на концах мачт кораблей. Его иногда путают с шаровой молнией).

Но это не стало единственной теорией, которую опубликовали в 2012 году. Тогда же было сделано еще одно предположение, в соответствии с которым стекло может стать источником возникновения шаровой молнии. Так специалисты предполагают, что ионы из атмосферы могут скапливаться на поверхности стекла, а при достаточной их концентрации генерируется разряд, который и становится шаровой молнией. Через четыре года после этих двух исследования появилась статья, где сообщалось, что микроволновое излучение, возникающее из-за удара молнии, может “капсулироваться” в некоем шаре из плазмы — это и есть шаровая молния.

Другие ученые строят свои догадки вокруг землетрясений. Они заявляют, что на территориях, где происходит землетрясение могут возникать подобия шаровых молний, которые могут выглядеть по-разному — голубоватыми шарами пламени, летающих примерно на уровне лодыжек или же резкие ярки вспышки света, которые можно спутать с молнией, возникающей из земли, а не из туч, а также могут возникать и плавающие шары.

Это происходит — согласно исследованию, опубликованному сейсмологами в 2014 году — из-за того, что некоторые породы при определенных реакциях способы выделять электричество, поэтому когда сейсмическая волна проходит по этой территории, она может вызывать подобные реакции.

Что это и чем она опасна?

Первые упоминания о шаровых молниях появились ещё до нашей эры в Древнем Риме.

Шаровая молния – удивительное природное явление, особый вид молнии. Это ярко светящийся и плывущий по воздуху шар. Чаще всего она бывает 10-20 сантиметров в диаметре, однако размеры могут достигать километра. Цвет обычно оранжевый, голубой, однако бывает, что молния переливается всеми цветами как радуга. Масса небольшая – всего 5-7 грамм (даже при диаметре в километр). Движется шар часто хаотично – и может резко менять направление со скоростью 8-10 м/с. Неизвестно как, но такая молния может попасть в дом не только рез форточку. Она просачивается через щели вентиляции, через радио и телефоны.

Удивительно, что по подсчётам учёных температура шара должна быть не меньше 100 градусов по Цельсию, доходя до тысячи. Однако, люди, волею случая оказавшиеся возле этой молнии, утверждают, что не чувствовали жар.

Бывало и так, что шаровая молния появлялась и в отсутствие грозы, когда на улице было солнечно.

До сих пор очень слабо изучено, что это вообще такое: одни говорят, что это особое взаимодействие двух газов – кислорода и азота, реакция между которыми и вызывает молнию, другие – что это сгусток плазмы. Однако, в таком случае, он должны была бы подняться вверх и выпустить.

Ссылки

1. К.Л. Корум, Дж.Ф. Корум. // УФН, 1990, т.160, вып.4.
2. А.И.
   Егоров, С.И. Степанов и Г.Д. Шабанов. Демонстрация шаровой молнии
   в лаборатории, УФН, т.174, вып.1, стр.107-109, (2004)
3. П.Л.
   Капица. О природе шаровой молнии. ДАН СССР 1955. Том 101, №2, стр.
   245-248.
4. Смирнов Б.М. Физика шаровой молнии // УФН,
   1990, т.160. вып.4. стр.1-45], B.M. Smirnov,
   Physics Reports, 224
   (1993) 151.
5. D.J.Turner, Physics Reports 293 (1998) 1.
6. Федосин
   С.Г. Современные
   проблемы физики. В поисках новых принципов. М: Эдиториал
   УРСС, 2002, 192 стр., Ил.26, Библ. 50 назв. ISBN 5-8360-0435-8.
7. Шаровые молнии
   своими руками
8. Геннадий
   Шабанов и Борис Соколовский об исследованиях шаровых молний
9. http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/NATURE/01_01/RIDBERG.HTM
10. А.И.
    Климов, Д.М. Мельниченко, Н.Н. Суковаткин. «ДОЛГОЖИВУЩИЕ
    ЭНЕРГОЕМКИЕ ВОЗБУЖДЕННЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ И ПЛАЗМОИДЫ В ЖИДКОМ АЗОТЕ»
11. Rayle W.D. Ball lightning
    characteristics, NASA. Tech. Note, NASA-TN-D-3188, 1966