Почему у человека слезы. Почему мы плачем. Люди, которые не умеют плакать
Шаровая молния как образуется и как себя вести, знать важно каждому человеку, потому что от встречи с ней не застрахован никто. Учёные считают, что шаровая молния – это особый вид молнии. Она передвигается по воздуху в виде светящегося огненного шара (бывает похожа и на гриб, каплю или грушу). Размером шаровая молния примерно 10-20 см. Кто видел её вблизи, говорят, что внутри шаровой молнии просматриваются небольшие неподвижные детали.
Шаровая молния запросто может проникать в закрытые помещения: она появляется из розетки, из телевизора, может появиться в кабине пилота. Известны случаи, когда шаровые молнии возникают в одном и том же месте, вылетая из земли.
Шаровая молния остаётся для учёных загадочным явлением
На протяжении долгого времени учёные вообще не признавали того факта, что шаровая молния существует. А когда появлялись сведения о том, что кто-то её увидел, всё списывали на оптический обман или галлюцинации. Однако отчёт физика Франсуа Араго всё изменил. Учёный систематизировал и опубликовал свидетельства очевидцев такого явления, как шаровая молния.
Многие учёные с тех пор признали существование в природе явления шаровой молнии, однако загадок из-за этого меньше не стало, наоборот – со временем их становится только больше.
Непонятно в шаровой молнии всё: как этот удивительный шар появляется — он возникает не только при грозе, но и ясным погожим днём. Непонятно из чего он состоит – что за вещество, которое может проникнуть через малюсенькую щёлочку, а потом снова стать круглым. Физики в настоящее время не могут ответить на все эти вопросы.
Теорий относительно шаровой молнии на сегодняшний день существует немало, однако обосновать явление с научной точки зрения пока никому не удалось. В научных кругах придерживаются двух популярных сегодня противоположных версий.
Шаровая молния и её образование в соответствии с гипотезой №1
Доминику Араго удалось не просто систематизировать всю собранную информацию, касающуюся плазменного шара, а ещё и сделать пояснения относительно загадочности этого объекта. Версия учёного такова, что шаровая молния образуется вследствие специфического воздействия между азотом и кислородом. Процесс сопровождается выделением энергии, которая и становится причиной образования молнии.
По словам другого учёного-физика, Френкеля, эта версия может быть ещё добавлена другой теорией. Она предполагает образование плазменного шара из шарообразного вихря, состав которого – пылевые частицы и активные газы, созданные электрическим разрядом. Это обуславливает существование вихря-шара в течение достаточно продолжительного времени.
Эта версия подтверждается тем фактом, что возникновение плазменного шара происходит вслед за электрическим разрядом именно там, где воздух запылён, а когда шаровая молния пропадает, после неё остаётся некая дымка и специфический запах. Из этой гипотезы можно сделать вывод о нахождении всей энергии шаровой молнии внутри неё, а значит, эта субстанция представляет собой накопитель энергии.
Шаровая молния и её образование в соответствии с гипотезой №2
По версии Капицы, шаровая молния подпитывается радиоволнами, длина которых может составлять 35-70 см. Причина их возникновения связана с электромагнитными колебаниями – результатом взаимодействия грозовых туч и земной коры.
Академик предположил, что взрывается шаровая молния в тот момент, как неожиданно прекращается подача энергии. Это может выглядеть как перемена в частоте электромагнитного колебания. Происходит так называемый процесс «схлопывания».
Нашлись сторонники и второй гипотезы, однако по своей природе шаровая молния опровергает её. На сегодняшний день с помощью современной аппаратуры радиоволны, о которых упоминает Капица, после разрядов в атмосфере обнаружены так и не были.
Противоречит второй гипотезе и масштабность события при взрыве шаровой молнии: расплавляются или разносятся на куски предметы высокой прочности, переламываются брёвна огромной толщины, а ударной волной однажды был перевёрнут трактор.
Шаровая молния требует особого поведения от того, кто с ней повстречался
Если выпал случай встретиться с шаровой молнией, в панику впадать, а тем более метаться, ни в коем случае не нужно. С ней надо себя вести, как с бешеной собакой. Никаких резких движений или бега, потому что при малейшем завихрении воздуха, молния может направиться к этому месту.
Поведение человека должно быть неторопливым, спокойным. Нужно постараться как можно дальше держаться от молнии, но спиной поворачиваться к ней не следует. Если плазменный шар находится в помещении, желательно пробраться к окну и открыть форточку. Шар может поддаться движению воздуха и оказаться на улице.
По плазменному шару ничем нельзя бросаться, потому что это чревато взрывом, за которым неминуемы большие проблемы, связанные с травмами и ожогами. Иногда у людей даже останавливается сердце.
Оказавшись рядом с человеком, которому не повезло и молния его задела, доведя до потери сознания, ему следует оказать первую помощь и вызвать неотложку. Пострадавший должен быть перенесен в проветриваемое помещение и тепло укутан. Кроме того, человеку необходимо сделать искусственное дыхание.
Материалы партнеров
Реклама
После напряженной рабочей недели хочется отдохнуть. Но суровый быт требует, чтобы в доме была чистота. И вот вместо того, чтобы просто поваляться на диване или...
Астероид Бенну – это один из тех космических объектов, для которых вероятность столкновения с Землей очень высока. То есть этот астероид может обрушиться на Зем...
Шаровая молния - уникальное природное явление: природа возникновения; физические свойства; характеристика
На сегодняшний день единственной и основной проблемой в исследовании данного феномена является отсутствие возможности воссоздать такую молнию в условиях научных лабораторий.
Поэтому большинство предположений по поводу физической природы шарообразного электрического сгустка в атмосфере так и остаются теоретическими.
Первым, кто предположил природу шаровой молнии был русский учёный-физик Пётр Леонидович Капица. Согласно его учениям, такой вид молний возникает во время разряда между грозовыми облаками и землёй на электромагнитной оси, по которой она дрейфует.
Помимо Капицы, рядом физиков были выдвинуты теории, о ядровом и каркасном строении разряда или об ионном происхождении шаровой молнии.
Многие скептики утверждали, что это всего лишь зрительный обман или же кратковременные галлюцинации, а самого такого явления природы не существует. В настоящее время современное оборудование и аппаратура пока ещё не зафиксировала радиоволны необходимой для создания молнии.
Как образуется шаровая молния
Она образуется, как правило, во время сильной грозы, однако, не раз её замечали и при солнечной погоде. Возникает шаровая молния внезапно и в единичном случае. Она может появиться из облаков, из-за деревьев или других предметов и строений. Шаровая молния с лёгкостью преодолевает преграды на своём пути, в том числе попадает в замкнутые пространства. Описаны случаи, когда такой вид молнии возникал из телевизора, кабины самолёта, розеток, в закрытых помещениях... При этом, она может миновать предметы на своём пути, проходя сквозь них.
Неоднократно возникновение электрического сгустка было зафиксировано в одних и тех же местах. Процесс движения или миграции молний происходит в основном горизонтально и на высоте около метра над землёй. Отмечается также и звуковое сопровождение в виде хруста, треска и писка, что приводит к помехам в радиоэфире.
По описаниям очевидцев этого феномена выделяют два вида молний:
Характеристики
До сих пор неизвестно происхождение такой молнии. Есть версии, что электрический разряд возникает или на поверхности молнии, или выходит из совокупного объёма.
Учёным пока не известен физико-химический состав, благодаря которому такое явление природы может без труда преодолевать дверные проёмы, окна, небольшие щели, и вновь приобретать исходные размеры и форму. В связи с этим были выдвинуты гипотетические предположения о строении из газа, но такой газ по законам физики должен был бы взлететь в воздух под воздействием внутреннего тепла.
- Размер шаровой молнии обычно составляет 10 – 20 сантиметров.
- Цвет свечения, как правило, может быть голубым, белым или оранжевым. Однако, свидетели этого явления сообщают, что постоянный цвет не наблюдался и он всегда менялся.
- Форма шаровой молнии в большинстве случаев сферическая.
- Длительность существования оценивалась не более 30 секунд.
- Температура окончательно не исследована, но по оценке специалистов она составляет до 1000 градусов по Цельсию.
Не зная природы происхождения этого природного явления, трудно делать предположения о том, каким образом перемещается шаровая молния. Согласно одной из теорий, перемещение такой формы электрического разряда может происходить благодаря силе ветра, действии электромагнитных колебаний или же силы притяжения.
Чем опасна шаровая молния
Несмотря на множество самых разных гипотез о природе возникновения и характеристиках этого явления природы, необходимо принимать во внимание, что взаимодействие с шаровой молнией крайне опасно, так как шар, заполненный большим разрядом, может не только нанести увечья, но и убить. Взрыв может привести к трагическим последствиям.
- Первое правило, которое нужно соблюдать при встрече с огненным шаром – это не паниковать, не бежать, не совершать быстрых и резких движений.
- Необходимо медленно уйти с траектории движения шара, при этом держась на расстоянии от него и не поворачиваться спиной.
- При появлении шаровой молнии в закрытом помещении, первое, что нужно сделать – это постараться аккуратно открыть окно в целях создания сквозняка.
- Помимо вышеуказанных правил строго запрещается бросать какие-либо предметы в плазменный шар, так как это может привести к взрыву со смертельным исходом.
Так в районе Луганска молния размером с мяч для гольфа убила водителя, а в Пятигорске мужчина, пытаясь отмахнуться от светящегося шара, получил сильные ожоги рук. В Бурятии молния опустилась сквозь крышу и взорвалась в доме. Взрыв был такой силы, что окна и двери были выбиты, стены повреждены, а хозяева домовладения травмированы и получили контузию.
Видео: 10 Фактов о шаровой молнии
В данном видеосюжете представлены Вашему вниманию факты о самом загадочном и удивительном природном явлении
Как это нередко бывает, систематическое изучение шаровых молний началось с отрицания их существования: в начале XIX века все известные к тому времени разрозненные наблюдения были признаны либо мистикой, либо в лучшем случае оптической иллюзией.
Но уже в 1838 году в «Ежегоднике» французского бюро географических долгот был опубликован обзор, составленный знаменитым астрономом и физиком Домиником Франсуа Араго.
Впоследствии он стал инициатором опытов Физо и Фуко по измерению скорости света, а также работ, приведших Леверье к открытию Нептуна.
Основываясь на известных тогда описаниях шаровых молний, Араго пришел к выводу, что многие из этих наблюдений нельзя считать иллюзией.
За 137 лет, прошедших с момента выхода в свет обзора Араго, появились новые свидетельства очевидцев, фотографии. Были созданы десятки теорий, экстравагантных и остроумных, которые объясняли некоторые известные свойства шаровой молнии, и таких, которые не выдерживали элементарной критики.
Фарадей, Кельвин, Аррениус, советские физики Я. И. Френкель и П. Л. Капица, многие известные химики, наконец, специалисты американской Национальной комиссии по астронавтике и аэронавтике NASA пытались исследовать и объяснить этот интересный и грозный феномен. А шаровая молния и поныне продолжает во многом оставаться загадкой.
Трудно, наверное, найти явление, сведения о котором так противоречили бы друг другу. Основных причин две: это явление очень редкое, и многие наблюдения проводятся крайне не квалифицированно.
Достаточно сказать, что за шаровую молнию принимались крупные метеоры и даже птицы, к крыльям которых прилипала труха гнилых, светящихся в темноте пней. И все-таки известно около тысячи достоверных наблюдений шаровой молнии, описанных в литературе.
Какие же факты должны связать ученые единой теорией, чтобы объяснить природу возникновения шаровой молнии? Какие ограничения накладывают наблюдения на нашу фантазию?
Первое, что нужно объяснить: почему шаровая молния возникает часто, если она возникает часто, или почему она возникает редко, если она возникает редко?
Пусть читателя не удивляет эта странная фраза — частота появления шаровой молнии все еще является спорным вопросом.
И еще нужно объяснить, почему шаровая молния (не зря же она так называется) действительно имеет форму, обычно близкую к шару.
И доказать, что она, вообще, имеет отношение к молниям, — надо сказать, не все теории связывают появление этого феномена с грозами — и не без оснований: иногда она возникает в безоблачную погоду как, впрочем, и другие грозовые явления, например, огни святого Эльма.
Здесь уместно вспомнить описание встречи с шаровой молнией, данное замечательным наблюдателем природы и ученым Владимиром Клавдиевичем Арсеньевым — известным исследователем дальневосточной тайги. Встреча эта произошла в горах Сихотэ-Алиня в ясную лунную ночь. Хотя многие параметры наблюдавшейся Арсеньевым молнии типичны, подобные случаи редки: обычно шаровые молнии возникают в грозу.
В 1966 году NASA распространила среди двух тысяч человек анкету, в первой части которой были заданы два вопроса: «Видели ли вы шаровую молнию?» и «Видели ли вы в непосредственной близости удар линейной молнии?»
Ответы дали возможность сравнить частоту наблюдения шаровой молнии с частотой наблюдения обычных молний. Результат оказался ошеломляющим: удар линейной молнии вблизи видели 409 человек из 2 тысяч, а шаровую молнию — два раза меньше. Нашелся даже счастливчик, встречавший шаровую молнию 8 раз,- еще одно косвенное доказательство того, что это совсем не такое редкое явление, как принято думать.
Анализ второй части анкеты подтвердил многие известные ранее факты: шаровая молния имеет в среднем диаметр около 20 см; светится не очень ярко; цвет чаще всего красный, оранжевый, белый.
Интересно, что даже наблюдатели, видевшие шаровую молнию близко, часто не ощущали ее теплового излучения, хотя при непосредственном прикосновении она обжигает.
Существует такая молния от нескольких секунд до минуты; может проникать в помещения через маленькие отверстия, восстанавливая затем свою форму. Многие наблюдатели сообщают, что она выбрасывает какие-то искры и вращается.
Обычно она парит на небольшом расстоянии от земли, хотя встречали ее и в облаках. Иногда шаровая молния спокойно исчезает, но иногда взрывается, вызывая заметные разрушения.
Уже перечисленных свойств достаточно, чтобы поставить исследователя в тупик.
Из какого вещества должна, например, состоять шаровая молния, если она не взлетает стремительно вверх, подобно воздушному шару братьев Монгольфье, наполненному дымом, хотя и нагрета, по крайней мере, до нескольких сотен градусов?
С температурой тоже не все ясно: судя по цвету свечения, температура молнии не меньше 8 000°К.
Один из наблюдателей, химик по специальности, знакомый с плазмой, оценил эту температуру в 13 000-16 000°К! Но фотометрование следа молнии, оставшегося на фотопленке, показало, что излучение выходит не только с ее поверхности, а и из всего объема.
Многие наблюдатели также сообщают, что молния полупрозрачна и через нее просвечивают контуры предметов. А это значит, что ее температура значительно ниже — не более 5 000 градусов, так как при большем нагреве слой газа толщиной в несколько сантиметров совершенно непрозрачен и излучает как абсолютно черное тело.
О том, что шаровая молния довольно «холодна», свидетельствует и сравнительно слабый тепловой эффект, производимый ею.
Шаровая молния несет большую энергию. В литературе, правда, часто встречаются заведомо завышенные оценки, но даже скромная реалистичная цифра — 105 джоулей — для молнии диаметром в 20 см весьма внушительна. Если бы такая энергия расходовалась только на световое излучение, она могла бы светиться много часов.
При взрыве шаровой молнии может развиться мощность в миллион киловатт, так как взрыв этот протекает очень быстро. Взрывы, правда, человек умеет устраивать и более мощные, но если сравнить со «спокойными» источниками энергии, то сравнение будет не в их пользу.
В частности, энергоемкость (энергия, отнесенная к единице массы) молнии значительно выше, чем у существующих химических аккумуляторов. Кстати, именно желание научиться аккумулировать сравнительно большую энергию в малом объеме и привлекло многих исследователей к изучению шаровой молнии. Насколько эти надежды могут оправдаться, говорить пока рано.
Сложность объяснения столь противоречивых и разнообразных свойств привела к тому, что существующие взгляды на природу этого явления исчерпали, кажется, все мыслимые возможности.
Некоторые ученые считают, что молния постоянно получает энергию извне. Например, П. Л. Капица предположил, что она возникает при поглощении мощного пучка дециметровых радиоволн, которые могут излучаться во время грозы.
Реально для образования ионизированного сгустка, каким является в этой гипотезе шаровая молния, необходимо существование стоячей волны электромагнитного излучения с очень большой напряженностью поля в пучностях.
Нужные условия могут осуществиться очень редко, так что, по мнению П. Л. Капицы, вероятность наблюдения шаровой молнии в заданном месте (то есть там, где расположился наблюдатель-специалист) практически равна нулю.
Иногда предполагают, что шаровая молния есть светящаяся часть канала, связывающего облако с землей, по которому течет большой ток. Образно говоря, ей отводится роль единственного видимого участка по каким-то причинам невидимой линейной молнии. Впервые эта гипотеза была высказана американцами М. Юманом и О. Финкельштейном, а в дальнейшем появилось несколько модификаций разработанной ими теории.
Общая трудность всех этих теорий в том, что они предполагают существование в течение длительного времени потоков энергии чрезвычайно высокой плотности и именно из-за этого обрекают шаровую молнию на «должность» чрезвычайно маловероятного явления.
Кроме того, в теории Юмана и Финкельштейна сложно объяснить форму молнии и ее наблюдаемые размеры — диаметр канала молнии обычно составляет около 3-5 см, а шаровые молнии встречаются и метрового диаметра.
Существует довольно много гипотез, предполагающих, что шаровая молния сама является источником энергии. Придуманы самые экзотические механизмы извлечения этой энергии.
В качестве примера такой экзотики можно привести идею Д. Эшби и К. Уайтхеда, согласно которой шаровая молния образуется при аннигиляции пылинок антивещества, попадающих в плотные слои атмосферы из космоса, а затем увлекаемых разрядом линейной молнии на землю.
Эту идею, может быть, можно было бы подкрепить теоретически, но, к сожалению, пока ни одной подходящей частицы антивещества обнаружено не было.
Чаще всего в качестве гипотетического источника энергии привлекаются различные химические и даже ядерные реакции. Но при этом трудно объяснить шаровую форму молнии — если реакции идут в газообразной среде, то диффузия и ветер приведут к выносу «грозового вещества» (термин Араго) из двадцатисантиметрового шара за считанные секунды и еще раньше деформируют его.
Наконец, нет ни одной реакции, о которой было бы известно, что она протекает в воздухе с нужным для объяснения шаровой молнии энерговыделением.
Многократно высказывалась такая точка зрения: шаровая молния аккумулирует энергию, выделяемую при ударе линейной молнии. Теорий, в основе которых лежит это предположение тоже немало, подробный обзор их можно найти в популярной книге С. Сингера «Природа шаровой молнии».
Эти теории, как, впрочем, и многие другие, содержат трудности и противоречия, которым уделено немалое внимание и в серьезной и в популярной литературе.
Кластерная гипотеза шаровой молнии
Расскажем теперь о сравнительно новой, так называемой кластерной гипотезе шаровой молнии, разрабатываемой в последние годы одним из авторов этой статьи.
Начнем с вопроса, почему же молния имеет форму шара? В общем виде ответить на этот вопрос несложно — должна существовать сила, способная удержать вместе частицы «грозового вещества».
Почему капля воды шарообразна? Такую форму придает ей поверхностное натяжение.
Поверхностное натяжение жидкости возникает из-за того, что ее частицы — атомы или молекулы — сильно взаимодействуют между собой, гораздо сильнее, чем с молекулами окружающего газа.
Поэтому, если частица оказывается вблизи границы раздела, то на нее начинает действовать сила, стремящаяся вернуть молекулу в глубину жидкости.
Средняя кинетическая энергия частиц жидкости примерно равна средней энергии их взаимодействия, поэтому молекулы жидкости и не разлетаются. В газах же кинетическая энергия частиц настолько превышает потенциальную энергию взаимодействия, что частицы оказываются практически свободными и о поверхностном натяжении говорить не приходится.
Но шаровая молния — газоподобное тело, а поверхностное натяжение у «грозового вещества», тем не менее, есть — отсюда и форма шара, которую чаще всего она имеет. Единственное вещество, которое могло бы иметь такие свойства — плазма, ионизированный газ.
Плазма состоит из положительных и отрицательных ионов и свободных электронов, то есть из частиц электрически заряженных. Энергия взаимодействия между ними гораздо больше, чем между атомами нейтрального газа, больше соответственно и поверхностное натяжение.
Однако при сравнительно низких температурах — скажем, при 1 000 градусов Кельвина — и при нормальном атмосферном давлении шаровая молния из плазмы могла бы существовать только тысячные доли секунды, так как ионы быстро рекомбинируют, то есть превращаются в нейтральные атомы и молекулы.
Это противоречит наблюдениям — шаровая молния живет дольше. При высоких температурах — 10-15 тысяч градусов — слишком большой становится кинетическая энергия частиц, и шаровая молния должна просто развалиться. Поэтому исследователям приходится использовать сильнодействующие средства, чтобы «продлить жизнь» шаровой молнии, сохранить ее хотя бы несколько десятков секунд.
В частности, П. Л. Капица ввел в свою модель мощную электромагнитную волну, способную постоянно порождать новую низкотемпературную плазму. Другим же исследователям, предполагающим, что молниевая плазма более горячая, пришлось придумывать, как бы удержать шар из этой плазмы, то есть решать задачу до сих пор не решенную, хотя и очень важную для многих областей физики и техники.
А что если пойти по другому пути — ввести в модель механизм, замедляющий рекомбинацию ионов? Попробуем использовать для этой цели воду. Вода — полярный растворитель. Ее молекулу можно грубо представить себе как палочку, один конец которой заряжен положительно, а другой — отрицательно.
К положительным ионам вода присоединяется отрицательным концом, а к отрицательным — положительным, образуя защитную прослойку — сольватную оболочку. Она может резко замедлить рекомбинацию. Ион вместе с сольватной оболочкой называется кластером.
Вот мы и подошли, наконец, к основным идеям кластерной теории: при разрядке линейной молнии происходит практически полная ионизация молекул, входящих в состав воздуха, в том числе и молекул воды.
Образовавшиеся ионы начинают быстро рекомбинировать, эта стадия занимает тысячные доли секунды. В какой-то момент нейтральных молекул воды становится больше, чем оставшихся ионов, и начинается процесс образования кластеров.
Он тоже длится, видимо, доли секунды и заканчивается образованием «грозового вещества» — похожего по своим свойствам на плазму и состоящего из ионизированных молекул воздуха и воды, окруженных сольватными оболочками.
Правда, пока все это только идея, и нужно посмотреть, может ли она объяснить многочисленные известные свойства шаровой молнии. Вспомним известную поговорку о том, что для рагу из зайца как минимум нужен заяц, и зададим себе вопрос: могут ли образовываться в воздухе кластеры? Ответ утешительный: да, могут.
Доказательство этого в буквальном смысле слова свалилось (было привезено) с неба. В конце 60-х годов с помощью геофизических ракет было проведено подробное исследование самого нижнего слоя ионосферы — слоя D , расположенного на высоте около 70 км. Оказалось, несмотря на то, что на такой высоте воды крайне мало, все ионы в слое D окружены сольватными оболочками, состоящими из нескольких молекул воды.
В кластерной теории предполагается, что температура шаровой молнии меньше 1000°К, поэтому от нее нет сильного теплового излучения. Электроны при такой температуре легко «прилипают» к атомам, образуя отрицательные ионы, и все свойства «молниевого вещества» определяются кластерами.
При этом плотность вещества молнии оказывается примерно равной плотности воздуха при нормальных атмосферных условиях, то есть молния может быть несколько тяжелее воздуха и опускаться вниз, может быть несколько легче воздуха и подниматься и, наконец, может находиться во взвешенном состоянии, если плотности «молниевого вещества» и воздуха равны.
Все эти случаи наблюдались в природе. Кстати, то, что молния опускается вниз, еще не значит, что она упадет на землю — прогрев под собой воздух, она может создать воздушную подушку, удерживающую ее на весу. Очевидно, поэтому парение — самый распространенный вид движения шаровой молнии.
Кластеры взаимодействуют между собой значительно сильнее, чем атомы нейтрального газа. Оценки показали, что возникающего поверхностного натяжения вполне достаточно, чтобы придать молнии шаровую форму.
Допустимое отклонение плотности быстро убывает с увеличением радиуса молнии. Так как вероятность точного совпадения плотности воздуха и вещества молнии мала, крупные молнии — больше метра в диаметре — встречаются крайне редко, маленькие же должны появляться чаще.
Но молнии размером меньше трех сантиметров тоже практически не наблюдаются. Почему? Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть энергетический баланс шаровой молнии, выяснить, где в ней хранится энергия, сколько ее и на что она расходуется. Энергия шаровой молнии заключена, естественно, в кластерах. При рекомбинации отрицательного и положительного кластеров выделяется энергия от 2 до 10 электрон-вольт.
Обычно плазма теряет довольно много энергии в виде электромагнитного излучения — его появление связано с тем, что легкие электроны, двигаясь в поле ионов, приобретают очень большие ускорения.
Вещество молнии состоит из тяжелых частиц, ускорить их не так-то просто, поэтому электромагнитное поле излучается слабо и большая часть энергии выводится из молнии тепловым потоком с ее поверхности.
Тепловой поток пропорционален площади поверхности шаровой молнии, а запас энергии пропорционален объему. Поэтому маленькие молнии быстро теряют свои сравнительно небольшие запасы энергии, и, хотя они появляются гораздо чаще крупных, заметить их труднее: они слишком мало живут.
Так, молния диаметром в 1 см остывает за 0,25 секунд, а диаметром 20 см за 100 секунд. Эта последняя цифра примерно совпадает с максимальным наблюдаемым временем жизни шаровой молнии, но существенно превосходит среднее время ее жизни, равное нескольким секундам.
Наиболее реальный механизм «умирания» крупной молнии связан с потерей устойчивости ее границы. При рекомбинации пары кластеров образуется десяток легких частиц, что приводит при той же температуре к уменьшению плотности «грозового вещества» и нарушению условий существования молнии задолго до того, как исчерпается ее энергия.
Начинает развиваться поверхностная неустойчивость, молния выбрасывает куски своего вещества и как бы прыгает из стороны в сторону. Выброшенные куски почти мгновенно остывают, подобно маленьким молниям, и раздробленная большая молния заканчивает свое существование.
Но возможен и другой механизм ее распада. Если в силу каких-либо причин ухудшается отвод тепла, то молния начнет разогреваться. При этом увеличится число кластеров с малым количеством молекул воды в оболочке, они будут быстрее рекомбинировать, произойдет дальнейшее повышение температуры. В итоге — взрыв.
Почему светится шаровая молния
Какие же факты должны связать ученые единой теорией, чтобы объяснить природу шаровой молнии?
При рекомбинации кластеров выделившееся тепло быстро распределяется между более холодными молекулами.
Но на какой-то момент температура «объемчика» вблизи рекомбинировавших частиц может превышать среднюю температуру вещества молнии более чем в 10 раз.
Вот этот «объемчик» и светится как газ, нагретый до 10 000-15 000 градусов. Таких «горячих точек» сравнительно мало, поэтому вещество шаровой молнии остается полупрозрачным.
Ясно, что с точки зрения кластерной теории шаровые молнии могут появляться часто. Для образования молнии диаметром в 20 см нужно всего несколько граммов воды, а ее во время грозы обычно предостаточно. Вода чаще всего распылена в воздухе, ну а в крайнем случае шаровая молния может «найти» ее для себя на поверхности земли.
Кстати, так как электроны очень подвижны, то при образовании молнии часть их может «потеряться», шаровая молния в целом окажется заряженной (положительно), и ее движение будет определяться распределением электрического поля.
Остаточный электрический заряд позволяет объяснить такие интересные свойства шаровой молнии, как ее способность двигаться против ветра, притягиваться к предметам и висеть над высокими местами.
Цвет шаровой молнии определяется не только энергией сольватных оболочек и температурой горячих «объемчиков», но и химическим составом ее вещества. Известно, что если при попадании линейной молнии в медные провода появляется шаровая молния, то она часто бывает окрашена в голубой или зеленый цвет — обычные «цвета» ионов меди.
Вполне возможно, что и возбужденные атомы металлов тоже могут образовывать кластеры. Появлением таких «металлических» кластеров можно было бы объяснить некоторые эксперименты с электрическими разрядами в результате которых появлялись светящиеся шары, похожие на шаровую молнию.
Из сказанного может создаться впечатление, что благодаря кластерной теории проблема шаровой молнии получила, наконец, свое окончательное разрешение. Но это не совсем так.
Несмотря на то что за кластерной теорией стоят вычисления, гидродинамические расчеты устойчивости, с её помощью удалось, по-видимому, понять многие свойства шаровых молний, было бы ошибкой сказать, что загадки шаровой молнии больше не существует.
В подтверждение один лишь штрих, одна деталь. В своем рассказе В. К. Арсеньев упоминает о тоненьком хвостике, протянувшемся от шаровой молнии. Пока мы не можем объяснить ни причину его возникновения, ни даже что это такое…
Как уже говорилось, в литературе описано около тысячи достоверных наблюдений шаровой молнии. Это конечно, не очень много. Очевидно, что каждое новое наблюдение при тщательном его анализе позволяет получить интересную информацию о свойствах шаровой молнии, помогает в проверке справедливости той или иной теории.
Поэтому очень важно, чтобы как можно больше наблюдений стало достоянием исследователей и сами наблюдатели активно участвовали в изучении шаровой молнии. Именно на это направлен эксперимент «Шаровая молния», о котором будет рассказано дальше.
Что скрывается за мистическим появлением загадочного сгустка энергии, которого так боялись средневековые европейцы?
Существует мнение, что это посланники внеземных цивилизаций или вообще, существа, наделенные разумом. Но так ли это на самом деле?
Давайте разберемся с этим необыкновенно интересным явлением.
Что такое шаровая молния
Шаровая молния – редкое природное явление, выглядящее как светящееся и плавающее в образование. Это светящийся шар, который появляется, как кажется, из ниоткуда и исчезает в разреженном воздухе. Его диаметр варьируется от 5 до 25 см. Кратко .
Обычно шаровую молнию можно увидеть непосредственно перед, после или во время грозы. Продолжительность самого явления колеблется в пределах от нескольких секунд до пары минут.
Продолжительность существования шаровой молнии имеет тенденцию увеличиваться с ее размером и уменьшаться с ее яркостью. Считается, что шаровые молнии, имеющие отчетливый оранжевый или голубой цвет, существуют дольше, чем обычные.
Шаровые молнии, как правило, летят параллельно земле, но также могут двигаться вертикальными скачками.
Обычно такая спускается с туч, но также может внезапно материализоваться на открытом воздухе или в помещении; она может проникать в комнату через закрытое или открытое окно, тонкие неметаллические стены или дымоход.
Загадка шаровой молнии
В первой половине 19 века французский физик, астроном и естествоиспытатель Франсуа Араго, возможно первым в цивилизации, произвёл сбор и систематизировал все известные на то время свидетельства появления шаровой молнии. В его книге было описано более 30 случаев наблюдения шаровых молний.
Выдвинутое некоторыми учеными предположение о том, что шаровая молния представляет собой плазменный шар, было отклонено, поскольку «горячий шар из плазмы должен был бы подняться вверх как аэростат», а этого шаровая молния как раз и не делает.
Некоторые физики предполагали, что шаровая молния появляется благодаря электрическим разрядам. Например, российский физик полагал, что шаровая молния – это возникающий без электродов разряд, который вызывается сверхвысокочастотными (СВЧ) волнами неизвестного происхождения, существующими между тучами и землей.
Согласно другой теории, наружные шаровые молнии вызываются атмосферным мазером (квантовым генератором СВЧ-диапазона).
Двое ученых из – Джон Абрамсон и Джеймс Диннис – уверены, что шаровые молнии состоят из клочковатых шариков горящего кремния, созданных ударом в землю обычной молнии.
Согласно их теории, когда молния ударяет в землю, распадаются на крошечные частицы кремния и его составляющие – кислород и углерод.
Эти заряженные частички соединяются в цепочки, которые продолжают формировать уже волокнистые сетки. Они собираются вместе в светящийся «клочковатый» шар, который подхватывается воздушными потоками.
Там он парит как шаровая молния или горящий шар из кремния, излучая энергию, поглощенную им от молнии в виде тепла и света, до тех пор, пока не сгорит.
В научной среде существует масса гипотез происхождения шаровых молний, о которых нет смысла рассказывать, так как все они являются только предположениями.
Шаровые молнии Николы Теслы
Первыми опытами по исследованию этого загадочного явления можно считать работы в конце 19 века. В своей краткой заметке он сообщает, что, при определённых условиях, зажигая газовый разряд, он, после выключения напряжения, наблюдал сферический светящийся разряд диаметром 2-6 см.
Однако Тесла (см. ) не сообщал подробности своего опыта, так что воспроизвести эту установку было затруднительно.
Очевидцы утверждали, что Тесла мог делать шаровые молнии на несколько минут, при этом он их брал в руки, клал в коробку, накрывал крышкой и опять доставал.
Исторические свидетельства
Многие физики 19 века, включая Кельвина и Фарадея, при своей жизни были склонны считать, что шаровая молния – это либо оптическая иллюзия, либо явление совершенно иной, неэлектрической природы.
Однако количество случаев, подробность описания явления и достоверность свидетельств возрастали, что привлекло внимание многих учёных, в том числе и известных физиков.
Приведем несколько достоверных исторических свидетельств наблюдения шаровой молнии.
Смерть Георга Рихмана
В 1753 году Георг Рихман, действительный член Академии Наук, погиб от удара шаровой молнией. Он изобрёл прибор для изучения атмосферного электричества, поэтому, когда на очередном заседании услышал, что надвигается , срочно отправился домой вместе с гравёром, чтобы запечатлеть явление.
Во время эксперимента из прибора вылетел синевато-оранжевый шар и ударил учёного прямо в лоб. Раздался оглушительный грохот, схожий с выстрелом ружья. Рихман упал замертво.
Случай с кораблём «Уоррен Хастингс»
Одно британское издание сообщало о том, что в 1809 году корабль «Уоррен Хастингс» во время шторма «атаковало три огненных шара». Команда видела, как один из них спустился и убил человека на палубе.
Того, кто решил забрать тело, ударил второй шар; его сбило с ног, на теле остались лёгкие ожоги. Третий шар убил ещё одного человека.
Команда отметила, что после происшествия над палубой стоял отвратительный запах серы.
Современные свидетельства
- Во время Второй Мировой войны пилоты сообщали о странных явлениях, которые могут быть истолкованы как шаровая молния. Они видели маленькие шары, двигающиеся по необычной траектории.
- 6 августа 1944 года в шведском городе Уппсала шаровая молния прошла сквозь закрытое окно, оставив за собой круглую дырку около 5 см в диаметре. Явление наблюдали не только местные жители. Дело в том, что сработала система слежения за разрядами молнии Уппсальского университета, которая находится на отделении изучения электричества и молнии.
- В 2008 году в Казани шаровая молния залетела в окно троллейбуса. Кондуктор с помощью валидатора отбросила её в конец салона, где не было пассажиров. Через несколько секунд произошёл взрыв. В салоне находилось 20 человек, однако никто не пострадал. Троллейбус вышел из строя, валидатор нагрелся и побелел, но остался в рабочем состоянии.
С древних времен шаровые молнии наблюдали тысячи людей в разных уголках мира. У большинства современных физиков не вызывает сомнений тот факт, что шаровая молния реально существует.
Однако до сих пор нет единого академического мнения о том, что такое шаровая молния и чем вызывается этот природный феномен.
Понравился пост? Нажми любую кнопку.
Первые письменные упоминания о загадочных и таинственных огненных шарах можно найти в летописях 106 г. до н. э.: «Над Римом появились огромные огненные птицы, несущие в клювах раскалённые угли, которые, падая вниз, сжигали дома. Город полыхал…» Также было обнаружено не одно описание о шаровых молниях в Португалии и во Франции в Средние века, явление которых побудило алхимиков проводить время в поисках возможности властвовать над духами огня.
Шаровая молния считается особым видом молнии, который представляет собой плывущий по воздуху светящийся огненный шар (иногда имеет вид гриба, капли или груши). Размер её обычно колеблется от 10 до 20 см, а сама она бывает голубого, оранжевого или белого тонов (хотя нередко можно увидеть и другие цвета, вплоть до чёрного), цвет при этом бывает неоднородным и нередко изменяется. Люди, которые видели, как выглядит шаровая молния, говорят о том, что внутри она состоит из небольших неподвижных деталей.
Что касается температуры плазменного шара, то она до сих пор не определена: хотя по подсчётам учёных она должна составлять от 100 до 1000 градусов Цельсия, очутившиеся поблизости огненного шара люди жара от него не почувствовали. Если он неожиданно взрывается (правда, это бывает далеко не всегда), вся находящаяся неподалёку жидкость испаряется, а стекло и металл плавятся.
Был зафиксирован случай, когда плазменный шар, оказавшись в доме, попал в бочонок, где находилось шестнадцать литров только что принесённой колодезной воды. При этом он не взорвался, а вскипятив воду, исчез. После того как вода закончила кипеть, она была горячей в течение двадцати минут.
Существовать огненный шар способен довольно длительное время, а при перемещении – неожиданно поменять направление, при этом он даже может на несколько минут повиснуть в воздухе, после чего резко, на скорости от 8 до 10 м/с уйти в сторону.
Возникает шаровая молния в основном во время грозы, но также были зафиксированы неоднократные случаи её появления и в солнечную погоду. Появляется она обычно в единственном экземпляре (по крайней мере, современная наука другого не зафиксировала), и нередко самым неожиданным образом: она может спуститься с туч, появиться в воздухе или выплыть из-за столба или дереве. Для неё не составляет труда проникнуть в закрытое пространство: известны случаи её появления из розеток, телевизора и даже в кабинах пилотов.
Было зафиксировано немало случаев постоянного возникновения шаровой молнии на одном и том же месте. Так, в небольшом городке под Псковом существует Чёртова поляна, на которой из-под земли периодически выскакивает шаровая молния черного цвета (появляться здесь она стала после падения Тунгусского метеорита). Её постоянное возникновение в одном и том же месте дало возможность учёным попытаться зафиксировать это появление при помощи датчиков, правда, безуспешно: все они были расплавлены во время передвижения шаровой молнии по поляне.
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.
Прежде всего, непонятна природа появления удивительного шара, поскольку появляется он не только в грозу, но и в ясный погожий день.
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.
Взрыв шаровой молнии он объяснял неожиданной остановкой подачи энергии, например, изменение частоты электромагнитных колебаний, в результате чего разреженный воздух «схлопывается».
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 делать, встретив шаровую молнию
Что бы ни было причиной возникновения удивительного плазменного шара, нужно учитывать, что столкновение с ней чрезвычайно опасно, поскольку если переполненный электричеством шар дотронется до живого существа, вполне может убить, а если взорвётся – разнести всё вокруг.
Увидев огненный шар дома или на улице, главное, не впадать в панику, не делать резких движений и не бежать: шаровая молния чрезвычайно чувствительна к любым завихрениям воздуха и вполне может последовать за ним.
Нужно неторопливо, спокойно свернуть с пути движения шара, пытаясь держаться как можно дальше от него, но ни в коем случае не поворачиваться спиной. Если шаровая молния оказалась в помещении, нужно подойти к окну и открыть форточку: вслед за движением воздуха молния, скорее всего, вылетит наружу.
Также категорически нельзя ничего бросать в плазменный шар: это вполне может привести ко взрыву, и тогда травмы, ожоги, а в некоторых случаях даже остановка сердца неотвратимы. Если так получилось, что человек не сумел уйти с траектории движения шара, и тот задел его, вызвав потерю сознания, потерпевшего нужно перенести в проветриваемую комнату, тепло закутать, сделать искусственное дыхание и, естественно, сразу же позвонить в скорую помощь.
