Шаровая молния: теории и практика

Одни учёные выдвигают сложнейшие теории её происхождения,
другие оспаривают первых, третьи вовсе сомневаются в её существовании,
несмотря на то, что примерно 5% населения Земли видели это явление
своими глазами. И радости особой не испытывали, особенно,
если шаровая молния оказывалась на близком расстоянии от них...

Лабораторные неудачи являются причиной скептицизма в отношении самого факта существования шаровых молний. О том, что это факт, однако же, свидетельствует сходство в описаниях этого явления со стороны очевидцев. Все видели, по сути, одно и то же: довольно яркий огненный шар размером, как правило, с грейпфрут (хотя случалось наблюдать и очень маленькие, и очень крупные шаровые молнии).

Как правило, опять же, шаровые молнии возникали во время грозы — чаще всего после удара молнии. Однако и из этого правила случались исключения: иной раз огненные шары возникали ещё до грозы, а иногда — и после неё.

Фотография сразу двух шаровых молний, зависших над лесом в ночное время (фото с сайта mysticnet.de).

Огненный шар либо висит над землёй, либо движется параллельно поверхности. Время существования такой молнии — от нескольких секунд до нескольких минут. Часто существование молнии завершается взрывом, который может причинять существенные разрушения.

Упоминания о шаровой молнии датированы чуть ли ни эпохой древних эллинов. И с тех пор так никто и не дал убедительного ответа на вопрос — что такое шаровая молния?

Существуют, опять-таки, лишь теории.

Одна из самых известных была выдвинута нашим соотечественником, нобелевским лауреатом, академиком Петром Леонидовичем Капицей. В 1955 году он опубликовал доклад "О природе шаровой молнии". В своей работе Капица объясняет и возникновение шаровой молнии, и многие (если не все) её странные особенности возникновением коротковолновых электромагнитных колебаний в пространстве между грозовыми тучами и земной поверхностью.

Но вот чего академику не удалось объяснить, так это природу тех самых коротковолновых колебаний.

Теорию Капицы, однако же, развивали и в дальнейшем. От идей советского физика отталкивался сотрудник факультета физики и астрономии, профессор Университета Миссури в Сент-Луисе (University of Missouri, St. Louis) Питер Хэндел (Peter Handel).

	Академик Пётр Капица (фото с сайта Peoples.ru).

Ещё в 1975 году он опубликовал работу под названием "Мазерная теория шаровой молнии" (Maser Theory of Ball Lightning). С 1992 года Хэндел работал в Курчатовском институте в Москве, где также занимался разработками Мазер-солитонной теории.

Эта теория предполагает, что шаровая молния является производным явлением "атмосферного мазера". "Мазер" (Maser), как и "лазер" — это акроним фразы "microwave amplification by stimulated emission of radiation" ("усиление микроволновых колебаний за счёт вынужденного излучения").

"Технически, эффект "мазера" — это результат инверсии населённости, возникающей на уровне вращательной энергии в молекулах воды под воздействием короткого импульса электромагнитного поля, возникающего при электрическом разряде — молнии", — объясняет Хэндел.

Поскольку под воздействие молнии попадает очень большое пространство, фотоны не разлетаются, покуда не возникает эффект мазера. Однако, как утверждает Хэндел, для возникновения видимой шаровой молнии необходимо либо огромное воздушное пространство, либо полость с проводящими стенками — этим объясняется, почему шаровая молния иногда материализуется прямо в салонах самолётов, в подводных лодках и в зданиях.

"Мазер" создаёт локализованное электрическое поле (солитон), и возникает шаровая молния.

Если эти условия не соблюдены, то молекулы воды, сталкиваясь, поглотят всю энергию инверсии населённости, и видимого эффекта не возникнет.

Пётр Капица. "О природе шаровых молний"
Статья о шаровых молниях в Scientific American

Академик Пётр Капица предполагал, что шаровая молния является
продуктом коротковолнового излучения, возникающего в пространстве между
облаками и поверхностью Земли. На основании этого предположения физик
Питер Хэндел разработал целую теорию — мазер-солитонную.

Напомним: шаровая молния, согласно ей, является разрядом "атмосферного мазера", и что для возникновения видимого феномена нужен или очень большой объём воздушного пространства, или относительно небольшое помещение с проводящими стенами.

По словам Хэндела, его теория находит подтверждение в виде трёх достаточно хорошо известных фактов.

Во-первых, шаровые молнии никогда не образуются вблизи острых горных вершин, около верхних этажей небоскрёбов и в других высоких точках, которые, так сказать, привлекают молнии, и где любят обосновываться специалисты по изучению этого атмосферного явления.

Например, исследователь молний Карл Бергер (Karl Berger) провёл много лет в своей лаборатории на вершине горы Сальваторе в Лугано (Италия), изучая сотни и сотни обычных молний, но с шаровым разрядом он не встречался никогда.

Появляясь в городах, шаровая молния может вырывать из стен электрические щитки (фото с сайта weathernotebook.org).

Именно по этой причине многие специалисты по небесному электричеству сомневаются в существовании шаровых молний как таковых.

Между тем, мазер-солитонная теория предсказывает, что вблизи пиков образование шаровых молний невозможно. Импульс поля молнии, бьющей в высотный объект, образует довольно узкий конус, занимающий очень небольшой объём.

Когда же молния бьёт в какой-либо объект, располагающийся в плоской местности, то возникающий при этом импульс оказывается огромным: до десяти километров в ширину и до трёх — в высоту.

Кроме того, известно, что шаровая молния, возникающая внутри зданий, салонов самолётов или в подводных лодках с проводящими корпусами, — безвредны. Энергия мазера в таких средах ограничивается 10 джоулями (в открытом пространстве энергия достигает 10⁹ — 10¹⁰ Дж), а это совершенно не опасно.

Ну и, наконец, известно, что возникающая на открытом воздухе шаровая молния часто исчезает с мощным взрывом, который иногда вызывает серьёзные разрушения. Причём на проводящие предметы этот взрыв воздействует сильнее, нежели на непроводящие: например, известны случаи, когда шаровая молния, взрываясь, вырывала из стен домов электрощитки и швыряла их на середину улицы.

Согласно теории Хэндела, при резком исчезновении разряда, поглощавшего фотоны, возникшие вследствие мазерного эффекта, эти фотоны не только продолжают жить, но и начинают лавинообразно множиться. Одновременно происходит экспоненциальное расширение электрического поля.

В результате образуются довольно значительные "пондеромоторные силы", под воздействием которых сложные конструкции, в которые входят различные диэлектрики, могут вовсе распадаться на части.

Существует ещё одна — более, с позволения сказать, простая — теория возникновения шаровой молнии.

Её предложил сотрудник австралийского Института промышленных технологий, физик Джо Лоук (John Lowke). Специалист по плазме, кстати.

Фотография шаровой молнии между столбов электропередач (фото с сайта piorunki.iq.pl).

По его мнению, источником энергии для шаровой молнии является электрическое поле, которое создают заряды, рассеивающиеся в земле после удара молнии. Они же контролируют движение шаровой молнии, так что оно никак не зависит от условий окружающей среды (например, шаровая молния может спокойно лететь против ветра).

По мнению Лоука, шаровая молния напоминает коронный разряд в газе и представляет собой последовательность электрических импульсов, сменяющих друг друга с миллисекундной частотой.

По материалам - www.membrana.ru