Анатолий Томилин - Мир электричества

Одним из первых ученых, грамотно описавших это явление, был Араго. Правда, в своей статье он больше спрашивал, чем объяснял. И в конце рассуждений с грустью констатировал: «Как и где образуются эти скопления весомой материи, сильно пропитанные веществом молний? Какова их природа?.. По этому поводу в науке существует пробел, который необходимо заполнить». Эти слова написаны в книге «Гром и молния» в середине XIX столетия. В 1885 году книга французского ученого была переведена и издана в Петербурге.

Доминик Франсуа Араго (1786–1853)

Араго полагал, что шаровая молния – это шар с гремучим газом – соединением азота с кислородом, – насквозь пропитанный «веществом молнии». Такой шар, по мнению ученого, возникал в грозовых облаках, заряжался наподобие конденсатора электричеством и падал на землю. Изолятором, или диэлектриком, в таком конденсаторе могли служить слои сухого, уплотненного электрическими силами воздуха между заряженными оболочками. Когда осуществлялся «пробой» изоляции, искра поджигала гремучие газы – и шар взрывался. Если же «пробоя» не происходило, электрическая энергия могла тихо «стечь» с шара – и он исчезал. Было еще много теоретических гипотез о природе этого загадочного явления. Одни авторы считали, что шаровая молния несет в себе запас энергии. Другие, напротив, предполагали, что источник энергии шаровой молнии находится вне ее оболочки…

В 1936 году в редакцию английской газеты «Дейли мейл» пришло письмо одного читателя. Вот что он писал:

«Сэр! Во время грозы я видел большой раскаленный шар, спустившийся с неба. Он ударил в наш дом, перерезал телефонные провода, зажег оконную раму и затем исчез в кадке с водой, стоявшей под окном. Вода кипела в течение нескольких минут, но когда она достаточно остыла, чтобы можно было поискать шар, я ничего не смог обнаружить в бочке.

У. Моррис. Дарстоун, Херфорд».

Королевский астроном, которого попросили прокомментировать это письмо, сообщил: «По-видимому, то, что видел ваш корреспондент, представляет собой очень редкое явление, известное под названием. шаровой молнии.»

Специалисты подсчитали примерную энергию, затраченную на кипячение воды в кадке. Получилось от 1 до 3 кВт · ч. Это, в свою очередь, позволило оценить удельную энергоемкость шаровой молнии как минимум в 100 кВт · ч.

Похожий случай наблюдал в Закарпатье некто С. Мах. «В августе 1962 года, – писал он в письме, – около 11–12 часов вечера в корыто с водой для скота упала шаровая молния размером с теннисный мяч. Она светилась цветами радуги в течение около 10 секунд. Вода из корыта почти полностью выкипела, на дне лежали сварившиеся лягушки. Размер корыта 0,3 х 2,5 м. Глубина слоя воды – 15 см. В двух других корытах также были обнаружены сварившиеся лягушки».

Шаровая молния на крестьянской ферме

В этом случае описываемая шаровая молния должна была иметь значительно большую удельную энергоемкость. Масса выкипевшей воды равнялась примерно ста килограммам.

Из чего же должна состоять шаровая молния, чтобы произвести такое действие? Это наверняка не «горючее вещество», потому что тогда оно должно было бы обладать фантастической эффективностью. Напомню, что даже такое «идеальное горючее», как газ ацетилен, имеет энергоемкость во много раз меньше.

Ученые выдвигали множество гипотез о природе шаровой молнии. И каждую из них время и новые факты низводили с пьедестала. «Яков Ильич Френкель был человеком, которого просто оскорбляло существование непонятных физических явлений, – пишут И. Имянитов и Д. Тихий в книге «За гранью законов науки», посвященной шаровой молнии. – Широко эрудированный физик, он обладал удивительной способностью сопоставлять весьма отдаленные области знания и в то же время легко отвлекаться от досадных мелочей, часто заслоняющих основные черты явления».

Он считал шаровую молнию вихрем из смеси твердых частиц дыма и пыли с химически активными газообразными продуктами, которые образуются в результате удара обычной молнии. Такой вихрь из раскаленных частиц ярко светится. А циркуляция ионов в нем приводит к возникновению сильного магнитного поля, которое стягивает весь клубок в шар и способствует сохранению его формы. Многочисленные наблюдатели отмечают «любовь» шаровых молний к печным трубам и дымоходам. Есть даже свидетельства появления огненных шаров зимой, во время метелей и снегопадов. Не значит ли это, что для существования шаровой молнии необходимы твердые частицы дыма и сажи, пыли и снежинок? Кроме того, после взрыва – разряда шаровой молнии – в воздухе остается дымок с острым запахом.

Яков Ильич Френкель (1894–1952)

Но и по расчетам Френкеля энергоемкость шаровой молнии оказывалась весьма незначительной. Так что, скорее всего, теория, основывающаяся на энергии горения газов, для объяснения природы шаровой молнии не годится. Придется вернуться к гипотезе чисто электрической природы этого явления. И такое предположение рассматривалось учеными.

В 1960 году появилась статья Е. Хилла, в которой он сравнивал шаровую молнию с миниатюрным грозовым облаком, электрические заряды в котором разделены ударом обычной линейной молнии. В небольшом объеме собираются сгустки электрических зарядов различных знаков. Представим себе шаровую молнию, состоящую, как матрешка, из вложенных друг в друга разноименно заряженных слоев. Получится сферический многослойный конденсатор. Но его энергоемкость тоже оказывается очень незначительной, в тысячу раз меньше даже рассчитанной Френкелем. Между тем по причиненным разрушениям взрыв шаровой молнии приравнивается к взрыву «от сотен граммов до 20 кг тринитротолуола». Это весьма солидный заряд взрывчатки.

Понятно, что такие свойства шаровой молнии не могли не привлечь к ней внимания тех, кто занят разработкой нового оружия. Еще в декабре 1960 года в американском журнале «Радио. Электроника» появилась статья: «Шаровая молния против ракет». В ней шло популярное объяснение оригинальной гипотезы советского физика Петра Капицы, выдвинутой им в 1955 году. Он писал: «Если в природе не существует источников энергии, еще нам не известных, то на основании закона сохранения энергии приходится принять, что во время свечения к шаровой молнии непрерывно подводится энергия, и мы вынуждены искать этот источник энергии вне объема шаровой молнии».