Природа шаровой молнии и попытки теоретического объяснения
Свойства шаровой молнии
Непосредственно из наблюдений следуют такие свойства шаровой
молнии:
Во-первых, шаровая молния как-то связана с электричеством,
то есть с электрическими явлениями в газах. В процессе её
зарождения или жизни крайне важно присутствие сильного
электрического поля, создающего газовый разряд.
Во-вторых, очевидно, что внутри шаровой молнии есть область
очень высоких температур - именно поэтому она и светится.
Скорее всего, эта область состоит из плазмы - ведь при
температурах в несколько тысяч кельвинов газ переходит в
состояние плазмы.
Наконец, ясно, что шаровая молния - это не устойчивая, а
метастабильная система. Это, по-видимому, распад плазменного
сгустка, но только почему-то крайне замедленный.
Вопросы и загадки
Можно сформулировать несколько вопросов, ответы на которые
должна дать полная теория шаровой молнии:
Почему шаровая молния столь устойчива? Ведь если это
газообразное образование, то при таких температурах этот газ
или плазма тут же перемешается с окружающим воздухом. Что
препятствует такому перемешиванию?
Откуда берётся такая устойчивость формы? Это должно означать
наличие довольно сильного поверхностного натяжения на
границе, отделяющей шаровую молнию от окружающей атмосферы.
Неужели такое возможно на границе раздела двух газов?
Почему шаровая молния не всплывает? Ведь облако горячего
газа должно всплывать под действием силы Архимеда!
Как шаровая молния умудряется существовать в течение такого
длительного времени? Ведь если внутри неё плазма и если нет
подпитки энергией извне, то почему плазма моментально не
рекомбинирует? Может быть, есть внешняя подпитка энергией,
невидимая глазу?
Откуда в шаровой молнии такие запасы энергии (а ведь по
оценкам, типичная шаровая молния содержит десятки и сотни
килоджоулей)?
Как шаровая молния умудряется обходить препятствия,
протекать сквозь небольшие отверстия? Ведь если это просто
заряд, то он должен притягиваться к окружающим телам. Почему
здесь не проявляются простые законы электростатики?
Некоторые гипотезы о природе шаровой молнии
Даже если считать только предположения, опубликованные в
серьёзных научных журналах, то количество теоретических
моделей, которые с разной степенью успеха описывают явление
и отвечают на эти вопросы, составляет десятки. Перечислим
некоторые из них.
Например, гипотеза Капицы: между облаками и землёй возникает
стоячая электромагнитная волна, и когда она достигает
критической амплитуды, в каком-либо месте (чаще всего, ближе
к земле) возникает пробой воздуха, образуется газовый
разряд. В этом случае шаровая молния оказывается как бы
«нанизана» на силовые линии стоячей волны и будет двигаться
вдоль проводящих поверхностей. Стоячая волна тогда отвечает
за энергетическую подпитку шаровой молнии.
Принципиально другую гипотезу предлагает Смирнов,
занимающийся проблемой шаровой молнии много лет. В его
теории ядро шаровой молнии - это переплетённая ячеистая
структура, нечто вроде аэрогеля, которая обеспечивает
прочный каркас при малом весе. Только нити каркаса - это
нити плазмы, а не твердого тела. И энергетический запас
шаровой молнии целиком скрывается в огромной поверхностной
энергии такой микропористой структуры. Термодинамические
расчеты на основе этой модели, в принципе, не противоречат
наблюдаемым данным.
Ещё одна теория 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. Автор теории уверен, что она дает чёткий
ответ на загадку шаровой молнии.
Интересную гипотезу предлагает профессор Самарского
аэрокосмического университета. По его мнению, шаровая молния
представляет собой сгусток низкотемпературной радиоактивной
плазмы, возникающий в процессе β-распада ядер радиоактивного
фосфора в связанное состояние. Другими словами, первопричины
возникновения ШМ лежат вне физики электрического разряда в
газах.
Какая из теорий достоверна - проверить нетрудно: критерием
будет служить эксперимент. Пусть хоть какая-нибудь теория
сможет чётко сказать, как именно можно создать шаровую
молнию в лаборатории.
Именно такой теорией, предлагающей способ создания
необычного состояния вещества, способного аккумулировать и
сохранять значительное время энергию, является
предположение, что шаровая молния - это ридберговское
вещество. Группа L.Holmlid. занимается приготовлением
ридберговского вещества в лабораторных условиях пока отнюдь
не с целью производства шаровых молний, а в основном с целью
получения мощных электронных и ионных потоков, используя то,
что работа выхода ридберговского вещества очень мала,
несколько десятых электронвольта. Предположение, что шаровая
молния является ридберговским веществом, описывает гораздо
больше ее наблюдаемых свойств, от способности возникать при
разных условиях, состоять из разных атомов, и до способности
проходить сквозь стены и восстанавливать шарообразную форму.
Конденсатом ридберговского вещества пытаются также объяснить
плазмоиды, получаемые в жидком азоте.
Интересные факты
На Земле одновременно существуют от 100 до 1000 шаровых
молний, но вероятность увидеть шаровую молнию хотя бы раз в
жизни составляет всего 0,01%.
