Исследователи поняли, почему шаровая молния может появляться при ясной погоде, вылетать из-под земли, светиться разными цветами, проходить сквозь стекла, гипнотизировать людей, пугать астронавтов на Луне и показываться даже на Марсе.

Первые письменные свидетельства наблюдения шаровой молнии датируются 1638 годом, когда в Англии в церковь влетела двухметровая шаровая молния, которая убила и ранила многих прихожан, а зданию нанесла серьезные повреждения. С тех пор прошло несколько веков, зафиксированы тысячи наблюдений, но ясности относительно шаровой молнии до сих пор нет. Выдвинуты сотни гипотез формирования и устройства этого объекта, но ни одна из них не может объяснить все удивительные свойства шаровой молнии. Только знаменитый Никола Тесла в свое время умел изготавливать и публично демонстрировал шаровые молнии, но этот секрет он так и не раскрыл.


Ученые уже несколько сотен лет пытаются разобраться в таинственном феномене. Фото: Википедия
Не шаровая и не молния

Грозовая линейная молния между облаком и землей начинается с того, что благодаря высокой напряженности электрического поля в облаке возникает лидер - канал сильно ионизированного воздуха, острие которого продвигается к земле скачками по несколько десятков метров с изменением направления движения. В итоге создается ломаный электропроводящий канал до земли, по которому в следующей - главной фазе молнии с громом и ярким свечением происходит перенос основной части заряда с земли в облако. В начальной точке движения заряда и при каждом изломе траектории создается вихревая составляющая электромагнитного поля, которая отрывается от общего поля и начинает самостоятельную жизнь.


Линейные молнии могут генерировать шаровые. Фото: Соцсети

Шаровыми молниями становятся электромагнитные вихри, образованные во время прохождения разряда линейной молнии. Фото: Станислав СМИРНОВ
При небольшой энергии оторвавшийся вихрь бесследно рассеивается в пространстве, но при большой энергии его судьба может быть совсем иной. При достаточной энергии электромагнитный вихрь ионизирует воздух с образованием плазмы. Подобно тому, как плазма ионосферы Земли отражает короткие и средние радиоволны, не выпуская их из этой ловушки в космос, точно так плазма электромагнитного вихря может образовывать внешнюю оболочку, которая запирает электромагнитный вихрь в ловушку. Получается то, что в физике называется солитоном или уединенной волной, способной существовать в таком виде некоторое время. Необходимые условия для этого – нелинейность и дисперсия являются неотъемлемыми свойствами плазмы. Вот этот солитон и является шаровой молнией. Некоторые ее называют плазмоидом, но это некорректно, так как первопричина ее образования не плазма, а электромагнитный вихрь. Плазма же является вторичным фактором, порожденным электромагнитным вихрем. Поэтому правильно выражать суть шаровой молнии следует термином «электромагнитный солитон».

Испаряет ювелирные украшения

Плазма ионосферы при перпендикулярном падении луча отражает электромагнитные волны только тех частот, которые ниже так называемой критической частоты, определяемой плотностью плазмы. А вот волны с частотами выше этой частоты свободно проходят через плазму. Именно поэтому короткие и средние радиоволны возвращаются на землю и не проходят в космос, а для ультракоротких волн ионосфера прозрачна.

Электромагнитный вихрь шаровой молнии может иметь широкий спектр частот. Если критическая частота плазменной оболочки выше частот спектра вихря, то внешнее поле шаровой молнии мало и шаровая молния, несущая огромную энергию, не нагревает окружающие предметы. А вот если небольшая часть спектра лежит выше критической частоты, у шаровой молнии может быть достаточно мощное внешнее поле, способное нагревать удаленные окружающие предметы – металлические предметы, объекты содержащие воду, в том числе тело человека. В частности, именно по этой причине нередко происходит незаметное испарение колец и цепочек у людей при пролете шаровой молнии, сбои и повреждения компьютеров и других электронных приборов. Внешнее поле такой шаровой молнии может воздействовать на мозговую деятельность человека – человек в этой ситуации может оказаться, как под гипнозом, не способным на какие-то действия.

Словно капля воды

Но плазма это не просто совокупность ионов и электронов. Благодаря коллективным силам взаимодействия между многими заряженными частицами плазма может себя вести подобно жидкости. При этом плазменные образования обладают поверхостным натяжением, определяющим стремление к минимальному объему, подобно капле воды. Поэтому после первоначального образования солитона плазменная оболочка стремится сжать вихрь. При этом плотность плазмы повышается и прежде невидимая глазами оболочка солитона может начать светиться красным, оранжевым и далее по радуге цветом. При большой плотности плазмы свечение может перейти в область ультрафиолета и тогда шаровая молния ночью вообще станет невидимой для человеческого глаза, но на светлом фоне она будет представляться серой или черной.

Огненные гости из-под земли

По статистике около 20 процентов наблюдений шаровой молнии происходят в ясную погоду. Получается, что не только линейные молнии могут порождать шаровые молнии. Вот при землетрясениях часто наблюдаются полеты шаровых молний. В научных лабораториях Денвера (США) и Томска (Россия) установлено, что под большим давлением образцов горных пород наблюдается эмиссия электромагнитных волн. Уже созданы приборы, предупреждающие горняков о приближении горного удара. В недрах планеты при реальных крупных разломах горных пород могут генерироваться потоки электромагнитных волн огромной энергии. При этом активная точка разлома движется с переменной скоростью по ломаной траектории, что в электромагнитном потоке создает вихревые компоненты. Проходя через вышележащие породы, электромагнитный поток теряет некоторую часть своей энергии, но того, что остается, нередко достаточно для того, чтобы нагреть морскую воду, вызвать свечение неба или обжечь листья растений и т.д. Такие эффекты часто сопровождают сильные землетрясения. Ну а электромагнитные вихри, тоже выходящие в атмосферу, могут порождать солитоны в виде шаровых молний, точно таких, которые возникают во время грозы.


Шаровые молнии появляются и при ясной погоде: эта сфотографирована в Великобритании в 2014 году. Фото: Соцсети
Если по пути потока встречаются так называемые геологические линзы пород с другим коэффициентом диэлектрической проницаемости, то может происходить фокусировка электромагнитного потока с существенным усилением производимых эффектов, в том числе в отношении шаровых молний. В таких случаях шаровые молнии могут рождаться даже при тектонической динамике небольшой интенсивности, не замечаемой людьми на поверхности земли.

Это не инопланетяне

Кроме грозовой деятельности и тектонических нестационарных процессов шаровые молнии в принципе могут также порождаться электромагнитными вихрями, приходящими из космоса от Солнца и других небесных тел. Кстати, шаровые молнии могут возникать не только в приземных слоях земной атмосферы. Нередко их встречают летчики на больших высотах полета. Там они могут иметь большой размер и мощное внешнее электромагнитное поле. При этом могут возникать конфликты между летчиками и наземными службами, когда эти реальные для летчиков объекты не наблюдаются радиолокаторами сантиметрового диапазона (могут наблюдаться в метровом и дециметровом диапазонах). Светящиеся объекты нередко наблюдаются на Луне. Видели их и на Марсе, хотя плотность атмосферы там намного ниже земной.

Вполне возможно, что большие светящиеся шары, которые озадачивали американских астронавтов на Луне, начиная с миссии «Аполлон-11», были именно шаровыми молниями, а вовсе не кораблями инопланетян. Выхлоп работающих двигателей космических аппаратов создавал электромагнитые поля с вихрями. Заодно выхлоп создавал местную зону повышенной плотности атмосферы.


Фото с Марса: возможно, светящийся объект, попавший в кадр камеры робота "Любопытство", шаровая молния. Фото: НАСА
Получается, что термин «шаровая молния» следует признать некорректным, так как этот объект далеко не всегда имеет отношение к молнии. Кроме того, электромагнитный солитон может иметь форму не только шара, но и других форм тел вращения. Только привычность термина «шаровая молния» оправдывает применение этого термина в данном контексте.

КСТАТИ

Кошки видят невидимое

Различные случаи наблюдения шаровых молний описаны в большом числе публикаций. Напомним ее основные свойства. По форме это может быть шар, эллипсоид, груша, тороид (бублик), цилиндр. Размер ее - от нескольких сантиметров до нескольких метров и более. Иногда шаровая молния может быть невидимой или прозрачной. Невидимые для человеческого глаза молнии нередко наблюдаются только на экранах радиолокаторов (тогда их называют ангелами). Их могут видеть также некоторые домашние животные, например, кошки.

А вот как-то в Москве, а также в Канаде в сумерках наблюдались совершенно прозрачные шаровые молнии, у которых слегка просматривалась только окружность оболочки. Ясно, что днем или на ярком свету такая молния была бы совершенно невидимой.

Но часто шаровая молния хорошо наблюдается, светясь белым, красным, желтым или оранжевым цветом. Реже бывает зеленый, синий и фиолетовый цвет. И уж совсем редко наблюдались шаровые молнии серого или черного цвета.

Время жизни шаровых молний - от десяти секунд до нескольких минут, в конце жизни взрыв или исчезновение. Такой конец жизни понятен – энергия электромагнитного вихря со временем уменьшается и при этом уменьшаются плотность плазмы и критическая частота. Поэтому в какой-то момент плазма теряет способность удерживать электромагнитный вихрь в ловушке и солитон разрушается. При широком спектре вихря разрушение происходит плавно и молния исчезает без взрыва, а при узком спектре солитон разрушается очень быстро, со взрывом.

Траектория движения шаровой молнии практически для человека непредсказуема (кстати, она может двигаться против ветра), поскольку распределение определяющего ее траекторию электромагнитного потенциала участка или помещения, где находится шаровая молния, человеку неизвестно. Да, кроме того, эту картину может изменять сама молния за счет электромагнитной индукции. Именно поэтому предсказать ее траекторию практически нереально. Этим же определяется «любовь» шаровой молнии к металлическим предметам.

Учитывая, что основа шаровой молнии – электромагнитный вихрь, становится понятной ее способность проходить через стекло, одежду и вообще через любые диэлектрики, которые для вихря прозрачны. При прохождении стекла плазма солитона в толще стекла, естественно, гаснет, но остальная часть плазменной оболочки сохраняется, сохраняя сам электромагнитный вихрь, для которого стекло прозрачно. Иногда в стекле образуется небольшое отверстие, но оно совершенно не обязательно - это побочный эффект. Известные случаи появления шаровой молнии в салоне летящего самолета без нарушения герметичности и в надежно закрытых помещениях доказывают это.

Единственно, где возникновение шаровой молнии в принципе невозможно, это так называемая клетка Фарадея с сетчатыми или сплошными металлическими стенами, полом и потолком.

ПРИКИНЕМ

Очень мощный кипятильник

Оценить количество энергии в шаровой молнии позволяет происшествие около города Перечина в Закарпатье, случившееся в августе 1962 года, когда около 11 часов вечера в корыто с водой для скота попала шаровая молния размером с теннисный мяч. В течение десятка секунд вода из корыта полностью выкипела, а на дне корыта остались сварившиеся лягушки. Воды в корыте было около 110 литров. Расчет показывает, что для нагрева и испарения такого количества воды нужно затратить около 80 кВт.час энергии, т.е. порядка месячного электропотребления небольшой квартиры. При этом шаровая молния развила мощность около 27 миллионов Ватт, что в десятки тысяч раз превышает мощность бытовой микроволновки. Энергия такой шаровой молнии оказалась весьма немалой, но линейные молнии, порождающие шаровые молнии, могут обладать значительно большей энергией. Выбросы энергии при разломах горных пород в недрах тоже могут быть весьма большими. Ну, а об электромагнитных вихрях космического происхождения и говорит нечего. Все эти обстоятельства, кстати, поддерживают вышеизложенную версию образования и устройства шаровой молнии или, точнее, не опровергают ее.

ЧТО ДЕЛАТЬ?

Не поворачивайтесь к ней спиной

Обладая большой энергией, шаровая молния иногда может вызывать разрушения зданий и сооружений, убивать и калечить людей. Что же нужно делать, если рядом с вами возникла шаровая молния? Во-первых, не надо пугаться и кидать в нее какие-то предметы. Ведь трагические случаи весьма редки. Если ситуация позволяет, полезно выложить подальше от себя металлические предметы и электронные устройства. Не надо звонить по телефону и трогать одежду и одеяла из синтетических материалов, способных электризоваться. Хорошо бы открыть форточку, давая возможность шаровой молнии вылететь на улицу.


Заметив шаровую молнию у себя дома, откройте ей форточку. Фото: Википедия
Во-вторых, без суеты нужно остаться на месте или плавными движениями удалиться подальше от опасной гостьи, не поворачиваясь к ней спиной. Если на вас одежда или белье из синтетики, то лучше всего не двигаться. Также надо спокойно предупредить своих коллег или домочадцев об опасности и посоветовать им не делать резких движений и не приближаться к шаровой молнии. Если пораженный молнией человек потерял сознание, ему нужно оказать первую помощь и сразу после ухода молнии вызвать скорую медицинскую помощь.

Ну, а в общественном плане человечеству обязательно нужно научиться создавать и использовать шаровые молнии. Тогда окажется возможным создавать электромобили с запасом хода сотни километров без аккумуляторов весом в сотни килограммов и тысячи других экологически чистых и высокоэффективных устройств.Автор: С. Смирнов, член Русского географического общества
Источник: Комсомольская правда