Елена Гурнакова - 1000 чудес со всего света

Диаметр шаровых молний варьируется от нескольких сантиметров до 1 м, но наиболее часто появляются небольшие светящиеся шары размером 15–30 см. Форма этого природного феномена в подавляющем большинстве случаев сферическая, но порой она бывает искажена электрическими полями или потоками воздуха, и тогда молния становится похожей на эллипсоид, диск, грушу или совсем теряет правильную форму. В отдельных случаях очевидцы наблюдали молнию в форме кольца.

Шаровая молния живет от 10 до 100 секунд, после чего обычно бесшумно исчезает, медленно гаснет или распадается на отдельные части. Отдельные экземпляры самоликвидируются с резким хлопком или даже взрывом. Если в спокойном состоянии от шаровой молнии исходит необычно мало тепла, то во время взрыва высвободившаяся энергия иногда разрушает или оплавляет предметы, испаряет воду. Для оценки интенсивности свечения шаровой молнии наблюдатели сравнивали этот показатель со светом электрической лампочки. Чаще всего они называли два интервала — 50-100 и 100–200 ватт. Таким образом, световой поток от шаровой молнии в среднем сравним с тем, который испускает стоваттная электрическая лампочка. Во время «путешествия» свечение шара становится тусклее или ярче, а его цвет может быть различным — от слепяще-белого, интенсивно-желтого до зеленого, иногда с пятнами и тенями. Ученые считают, что свечение шаровой молнии связано либо с накопленной в ней энергией, либо с энергией, поступающей в нее извне. В соответствии с этим положением предлагались различные модели шаровой молнии. Но удивительно не это. Оказывается, излучая свет, шаровая молния почти совсем не излучает тепло.

По теории П. Л. Капицы, шаровая молния — высокочастотный электрический разряд. В грозовую погоду между облаками и землей возникает стоячая электромагнитная волна, и когда она достигает критической амплитуды, в каком-либо месте (чаще — ближе к земле) возникает пробой воздуха, образуя газовый разряд. В этом случае шаровая молния как бы «нанизана» на силовые линии стоячей волны и двигается вдоль проводящих поверхностей. Стоячая волна отвечает и за энергетическую подпитку шаровой молнии. Экспериментально удавалось реализовать разряд под действием высокочастотного электрического поля, происходящий вдали от электродов («висящий» в воздухе). Предполагается, что при определенных условиях обычные молнии порождают высокочастотные поля, которые в каком-то другом месте поддерживают шаровую молнию.

Согласно другой теории подпитки извне, шаровая молния представляет собой смесь тлеющего электрического разряда и электрической дуги под действием статического электрического поля. В отличие от тлеющего разряда, во внутренней части шаровой молнии ток поддерживается за счет истечения материала (твердого или расплавленного), захваченного шаровой молнией под действием сильного электрического тока аналогично дуговому разряду. Во внешней части шаровой молнии ток переносится тлеющим разрядом.

В свою очередь, энергия в шаровой молнии могла быть накоплена после удара обычной молнии в виде химической энергии образовавшихся нестабильных соединений либо возбужденных состояний молекул или атомов. Происходящая с этими соединениями реакция сопровождается излучением света.

Согласно теории Б. М. Смирнова, ядро шаровой молнии — это переплетенная ячеистая структура, нечто вроде аэрогеля, которая обеспечивает прочный каркас при легком весе. Только нити каркаса — это нити плазмы, а не твердого тела. При этом энергетический запас шаровой молнии целиком скрывается в огромной поверхностной энергии такой микропористой структуры.

Известны и совершенно фантастические версии. Например, профессор Кембриджского университета Пол Дэвис выдвинул гипотезу связи между НЛО и шаровой молнией. Он даже ввел термин «нестационарный атмосферный феномен», заявляя, что шаровая молния может вызвать различные аномалии. В частности, высказывалось предположение, что она явилась причиной ряда событий, произошедших около Левелленда (штат Техас, США) в ноябре 1957 г. Тогда у множества легковых и грузовых автомашин заглохли моторы и погасли фары в присутствии большой светящейся массы, которая более двух часов медленно вращалась вокруг них. Между тем в ту ночь в Левелленде не было грозы, и появление такой долго живущей шаровой молнии, а также количество транспорта, на который она повлияла, никогда прежде замечены не были.

Одна из новейших теорий объясняет всю совокупность наблюдаемых явлений термохимическими эффектами, происходящими в насыщенном водяном паре в присутствии сильного электрического поля. Энергетика шаровой молнии здесь определяется теплотой химических реакций с участием молекул воды и их ионов. Интерес ученого И. Стаханова к проблеме шаровой молнии тоже начался с гипотезы, выдвинутой им в начале 70-х годов XX в. Стаханов, как и многие другие физики, исходил из того, что шаровая молния состоит из вещества, находящегося в состоянии плазмы. Плазма похожа на газообразное состояние с единственной разницей — молекулы вещества в плазме ионизованы, то есть потеряли (или, наоборот, приобрели лишние) электроны и перестали быть нейтральными. Это значит, что молекулы могут взаимодействовать не только как частицы газа — при столкновениях, но и на расстоянии с помощью электрических сил. Разноименно заряженные частицы притягиваются. Поэтому в плазме молекулы стремятся вернуть себе потерянный заряд путем воссоединения (рекомбинации) с оторванными электронами. Но после рекомбинации плазма превратится в обычный газ. Поддерживать жизнь плазмы можно только до тех пор, пока рекомбинации что-то мешает, — как правило, очень высокая температура.

Если шаровая молния — это плазменный шар, то она обязана быть горячей. Так рассуждали сторонники плазменных моделей до Стаханова. А он заметил, что существует и другая возможность. Ионы, то есть молекулы, потерявшие или захватившие лишний электрон, могут притянуть к себе обыкновенные нейтральные молекулы воды и окружить себя прочной «водяной» оболочкой, запирающей лишние электроны внутри и не дающей им воссоединяться со своими хозяевами. Такое возможно потому, что молекула воды имеет два полюса — отрицательный и положительный, за один из которых и «хватается» ион в зависимости от своего заряда, чтобы притянуть молекулу к себе. Значит, сверхвысокие температуры больше не нужны, плазма может оставаться и «холодной», не горячее 200–300 °C.

Далее выяснилось, что сама по себе водяная оболочка не может получиться столь плотной, чтобы помешать ионам рекомбинировать. Но рекомбинация приводит к возрастанию энтропии шаровой молнии, то есть меры ее беспорядка. Действительно, в плазме положительно и отрицательно заряженные молекулы отличаются друг от друга, по-особому взаимодействуют, а после рекомбинации они перемешиваются и становятся неразличимыми. До сих пор считалось, что в предоставленной самой себе системе беспорядок самопроизвольно возрастает, то есть в случае шаровой молнии рекомбинация произойдет сама собой, если ей как-то не помешать. Из результатов компьютерного моделирования и теоретических выкладок, проведенных в Институте общей физики, следует совершенно иной вывод: беспорядок вносится в систему извне — например, при хаотичных столкновениях молекул на границе шаровой молнии и воздуха, в котором она движется. Пока беспорядок не «накопится», рекомбинации не будет, даже несмотря на то, что молекулы стремятся к этому. Характер их движения внутри шаровой молнии таков, что при сближении разноименно заряженные молекулы будут пролетать мимо друг друга, не успевая обменяться зарядом. Ион, окруженный водяной оболочкой, называется кластером, поэтому гипотеза профессора Стаханова получила имя кластерной.