Экология СПРАВОЧНИК

Одно из самых таинственных и коварных свойств шаровой молнии состоит в том, что она часто оказывается в закрытых помещениях, пронихая туда через уакие отверстия, меньшие ее диаметра. Наконец, нужно отметить, что шаровая ¿молния обладает энергией. На это указывает как ее свечение, так и взрыв, которым довольно часто завершается это явление. В других случаях она может распасться или погаснуть без взрыва, что происходит, на первый взгляд, без каких-либо внешних причин, спонтанно и совершенно неожиданно для наблюдателя.

Далее

Основным и по существу пока единственным источником информации о шаровой молнии являются показания очевидцев. Нет необходимости говорить о том, насколько ненадежен этот источник. В течение последних столетий было зарегистрировано и описано около тысячи случаев появления шаровой молнии. Однако достоверность значительной части этих сообщений оказывается очень низкой.

Далее

Этот вопрос приобретает еще один, можно сказать, драматический оттенок, если учесть, что согласно одному из высказанных в литературе мнений шаровая молния является всего-навсего пятном на сетчатке глаза. Это пятно возникает при поражении сетчатки вследствие разряда обычной молнии и при определенных условиях может оказаться светлым. Более того, концентрируя внимание то на одном, то на другом предмете, мы получаем впечатление, что светящееся пятно перемещается в пространстве. Материальные последствия появления шаровой молнии, например следы, оставленные ею на предметах, списываются при этом на счет обычной молнии. Итак, с этой точки зрения шаровая молния — просто иллюзия, и мы стоим перед вопросом, существует ли шаровая молния как реальное явление? Приведенная выше гипотеза была изложена недавно в журнале «Нейчур» [13]. Однако она отнюдь не нова. Более того, подобные сомнения высказывались неоднократно на протяжении XIX в., и, пожалуй, это было даже преобладающим мнением в то время. Среди ее сторонников встречались и крупные ученые, например Томсон (лорд Кельвин) [3].

Далее

Попытаемся сначала оценить вероятность увидеть шаровую молнию своими глазами в течение нашей жизни. Выше уже отмечалось, что в опросе ЫАБА около 10 % всех опрошенных сотрудников (180 из 1764)1 видели шаровую молнию [7]. Насколько характерна эта цифра? В Ок-Ридже предварительный опрос дал 5—6 % (110 из 1962) , а более широкий опрос — около 3 % (513 из 15 923). Цифры, как видно, убывают с расширением контингента охваченных опросом лиц. Однако из этих данных следует, что вероятность увидеть шаровую молнию не слишком мала — порядка нескольких процентов. Полагая, что средняя длительность периода, в течение которого опрошенные могли увидеть шаровую молнию, составляет несколько десятков лет, можно принять, что вероятность увидеть шаровую молнию в течение года в США — около 10 3. Однако возникает вопрос, можно ли эти данные, полученные из сравнительно узкой выборки, экстраполировать на более широкие слои населения? Анкета журнала «Наука и жизнь» была ориентирована на более широкую аудиторию, численность которой, к сожалению, можно определить лишь весьма приблизительно. Поскольку тираж журнала составляет около 3 миллионов экземпляров, можно ожидать, что со статьей могли ознакомиться от 3 до 6 млн. человек. Мы получили около 2 тысяч описаний, что составляет 1,5—3 • 10-4 от этого числа, т. е. около 0,02%, что намного ниже значений, полученных для США. Однако остается неясным, какова доля тех, кто видел шаровую молнию, читал статью в журнале и написал в редакцию.

Далее

К сожалению, большинство наблюдателей шаровой молнии не видят либо момента возникновения ее, либо момента гибели, либо ни того, ни другого. Поэтому время наблюдения шаровой молнии дает лишь приблизительное представление о времени ее жизни. Положение осложняется еще и тем, что при оценке длительности явления, как правило, приходится пользоваться не показаниями часов, а субъективным чувством времени наблюдателя. В этих условиях особое значение приобретает сравнение больших серий наблюдений, выполненных в разных местах, например в разных странах, что мы и постараемся сделать в этой главе.

Далее

Кроме того, в двух случаях была указана кольцеобразная форма, в одном — диск и в другом — цилиндр, что составляет в сумме 0,5%- Эти результаты будут рассмотрены ниже в параграфе, посвященном устойчивости и поверхностной энергии шаровой молнии.

Далее

Чаще всего шаровую молнию видят движущейся горизонтально. В нашем опросе это составило 684 наблюдения, или 75 % общего числа сообщений, в которых содержались данные о преимущественном направлении движения. Однако нередко она опускается вниз (183 наблюдения, т. е. 20%) и только изредка поднимается вверх (47 случаев, или 5 %). В опросе NASA в 58 случаях (53%) говорится о горизонтальном движении, в 20 (18,5%)—о вертикальном (к сожалению, при этом не уточняется — вверх или вниз) и еще в 20 случаях (18,5%)—о смешанном, т е. как горизонтальном, так и вертикальном перемещении.

Далее

В этом случае получаем результат, приведенный в табл. 2.3. Результаты различных серий наблюдений удовлетворительно согласуются между собой. Белые молнии во зсех случаях составляют 20—25 %. В подавляющем большинстве наблюдений — около 60%—цвет относится к красному концу спектра; на коротковолновый конец спектра (зеленый — фиолетовый) приходится 15— 20%. Из таблицы видно, что молнии коротковолнового хонца спектра (в частности, голубые) составляют хотя и наименее многочисленную, но все же довольно обширную группу. Ниже мы увидим, что по другим наблюдаемым свойствам молнии этой группы не отличаются от остальных. Вообще цвет шаровой молнии не является ее характерным признаком и, в частности, ничего не говорит о ее температуре, а также и о составе. Вероятнее всего он определяется наличием тех или иных примесей.

Далее

Другой способ оценки — исследование оплавлений, которые вызывает шаровая молния при прямом контакте с предметами. Обычно оплавляются либо стекло, либо металлы, причем по причинам, которые станут понятны ниже, для оценки энергии предпочтительнее выбрать случаи оплавления стекла. Известен ряд случаев проплавления оконного стекла шаровыми молниями, один из которых был недавно исследован [22].

Далее

Только немногие очевидцы, наблюдавшие шаровую молнию, видят также и момент ее зарождения. Из 1500 ответов на первую анкету определенный ответ на вопрос о том, как возникает шаровая молния, дали лишь 150 человек. Из них в 45 случаях она возникла вблизи канала линейной молнии, а в остальных 105 случаях — из различных металлических предметов (розеток, электроприборов, радиоприемников, телевизоров, телефонных аппаратов, батарей отопления и др.) В ответах на вторую анкету мы получили подробное описание почти всех этих событий.

Далее

В двух предшествующих параграфах этой главы мы рассмотрели, как возникает и исчезает шаровая молния. Теперь посмотрим, каким образом она существует. И первый вопрос, который возникает при этом: почему она устойчива? В самом деле, все газы, как известно, легко смешиваются друг с другом и не образуют различных фаз с устойчивыми границами. Если шаровая молния представляет собой разновидность какого-то газа или смеси газов, то она должна постепенно расплываться в воздухе, что противоречит многочисленным наблюдениям. Уже вследствие обычной молекулярной диффузии границы шаровой молнии должны были бы несколько расплыться. Однако практически перемешивание газов определяется не молекулярной, а турбулентной диффузией и конвекцией, которые оказываются на несколько порядков эффективнее. Турбулентная диффузия возникает из-за различия плотностей диффундирующего газа и окружающей его атмосферы (неустойчивость Релея—Тейлора). Другая причина появления неустойчивости связана с различием тангенциальных скоростей движения газа по разные стороны границы, которое возникает при движении объема газа относительно окружающего воздуха (неустойчивость Кельвина—Гельмгольца).

Далее

При исследовании результатов, полученных в опросе ЫАЗА, не было найдено ни существенно коррелирующих по своим свойствам групп или типов шаровых молний, ни закономерного изменения во времени этих свойств. В частности, не было обнаружено систематических изменений в свойствах молнии, например в цвете или интенсивности свечения к концу ее жизни. Если дело обстоит действительно так, то это — серьезный аргумент против того, что в молнии накоплен заложенный в нее с момента возникновения определенный запас энергии или вещества. Подобный вывод был сделан Рейлом [7], который считает это аргументом в пользу теорий, предполагающих подпитку шаровых молний извне. Однако полученный в опросе ЫАБА материал слишком ограничен (всего 112 наблюдений), чтобы можно было установить надежные корреляции между свойствами шаровой молнии.

Далее

В этом параграфе речь пойдет о шаровых молниях, которые иногда появляются в устройствах, созданных человеком. Эти события еще нельзя назвать экспериментальным воспроизведением шаровой молнии по одной очень простой причине: они происходят случайно, а не в заранее запланированном эксперименте, и поэтому единственным средством исследования их, как и обычных шаровых молний, остается наблюдение, а не эксперимент. Все же тщательное изучение таких случаев могло бы пролить свет на исследуемое нами явление, поскольку приборы и установки, в которых они возникают, известны нам несравненно лучше, чем природные условия, в которых появляются естественные шаровые молнии.

Далее

Подводя итоги, невольно испытываешь некоторое чувство разочарования. На первый взгляд кажется, что статистические опросы не дали ничего существенно нового по сравнению с тем, что человечество знало еще во времена Aparo. Светящийся шар диаметром 10— 20 см, живущий около 10 с и движущийся по весьма причудливой траектории, — это, в сущности, было известно и более 100 лет назад. Нужно, однако, учесть несколько существенных обстоятельств. Во-первых, надежность сведений, полученных из отдельных наблюдений, невелика. Чтобы эти сведения действительно можно было рассматривать как научно обоснованные данные, необходимо набрать большую статистику. Во-вторых, дело заключается в некоторых важных деталях явления. Например, диапазон называемых диаметров существенно сократился в больших статистически значимых сериях наблюдений, в частности, за счет больших размеров. Авторы обзоров иногда утверждали, что размеры шаровых молний могут составлять метры и даже десятки метров. С другой стороны, разброс времени наблюдений остался столь же большим (от нескольких секунд до длительностей порядка минуты). При этом если диаметр около 1 м составляет редкое исключение, то длительность наблюдения 50—100 с встречается отнюдь не редко и статистический вес таких наблюдений не проявляет тенденции исчезнуть с увеличением размеров выборки. Не исключено, что подобные детали могут иметь существенное значение при выяснении природы шаровой молнии.

Далее

Эти рассуждения могут быть весьма веским аргументом против того, что шаровая молния имеет высокую температуру. В противном случае они доказывают, что она должна получать энергию извне. Иными словами, если шаровая молния — нагретое до высокой температуры облако ионизованного газа, то она не может поддерживать себя в этом состоянии только за счет внутренней энергии в течение 10 с. Дело в том, что плотность энергии, которая может быть запасена в электронной оболочке, ограничена, и эта энергия не может превышать энергию ионизации атомов вещества. Другим аргументом в пользу существования внешнего источника, питающего молнию, является то, что интенсивность свечения практически не убывает за время ее жизни, как это было бы, если бы молния постепенно гасла от недостатка энергии.

Далее

В связи с развитием работ над проблемами управляемого термоядерного синтеза наши знания о свойствах и законах удержания высокотемпературной плазмы значительно расширились. Неудивительно, что это привело к новым попыткам объяснения физической природы шаровой молнии. Идея их заключается в том, чтобы представить себе шаровую молнию как плазмоид, т. е. объем, заполненный высокотемпературной плазмой, удерживаемой собственным магнитным полем. То же самое магнитное поле, которое мешает разлету частиц плазмы, может изолировать ее от окружающего воздуха и помешать быстрому рассеянию ее энергии.

Далее

Если кластерные оболочки действительно могут задержать рекомбинацию, то это объясняет, почему шаровая молния существует в течение долгого времени. При этом она, постепенно рекомбинируя, выделяет заключенную в ней энергию ионизации.

Далее

Какие имеются основания считать, что кластерные, в частности гидратные, оболочки ионов могут задержать рекомбинацию? Со времени появления теории электролитической диссоциации известно, что именно это и случается в растворах, если теплота сольватации превосходит энергию, выделяющуюся при рекомбинации ионов. Нас интересуют, однако, не растворы, а газовое состояние вещества. О том, что оболочки из нейтральных молекул могут образовываться около ионов и в газовой фазе, ивестно уже давно. Ланжевен и Томсон более полувека назад обнаружили аномально низкую подвижность ионов в воздухе, приписав это тому, что они покрываются «шубой» нейтральных частиц, прочно связанной с ионами. Так впервые был введен термин кластер [49].

Далее

В идеальной плазме >1 и, следовательно, согласно (4.8) г]>>1, т. е. в сфере взаимодействия содержится много заряженных частиц. В сильно неидеальной плазме кинетическая энергия частицы становится порядка средней потенциальной энергии взаимодействия частиц, £ % 1, при этом из (4.8) следует, что г)<С1, т. е. характер экранирования зарядов становится существенно отличным от дебаевского. Однако первые отступления от идеальной плазмы появляются при г % I. Возможно, что неидеальная плазма может образовать особую фазу, отличную от обычных газов.

Далее

Однако представляется, что изложенная в этой главе точка зрения требует для объяснения различных свойств шаровой молнии наименьшего числа различных гипотез. Одно предположение о возможности задержки рекомбинации в плотной неидеальной кластерной плазме делает понятными и логически объяснимыми все остальные особенности шаровой молнии. Что же касается самой исходной гипотезы, то, во-первых, в ней нет на первый взгляд ничего, что противоречило бы фундаментальным законам физики, а, во-вторых, она кажется довольно вероятной, особенно если энергетический выигрыш от рекомбинации, сопровождающийся разрушением больших кластерных оболочек, невелик.

Далее