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.[ ...]
Однако исследования по теории устойчивости [34] показали, что имеются важные ограничения на параметры плазмы, с которыми приходится считаться. Прежде всего оказалось, что система, удерживаемая собственным магнитным полем (в отличие от систем с наложенным внешним полем, к которым относятся, например, токамаки), устойчива лишь при наличии внешнего давления, т. е. плазмоид должен находиться в газовой атмосфере. Далее теорема вириала [30] утверждает, что полная энергия плазмоида, складывающаяся из кинетической энергии упорядоченного и хаотического движения его частиц и энергии магнитного поля, не может превышать ЗрУ, где V — объем, занятый плазмой, р — внешнее давление окружающего газа. Это сильно ограничивает энергию шаровой молнии до тысячи джоулей (при атмосферном давлении и радиусе около 10 см). Здесь не учитывается энергия, затраченная на ионизацию, но, как будет видно дальше, вследствие высокой температуры и низкой плотности плазмы она оказывается пренебрежимо малой.[ ...]
Давление плазмы в плазмоиде не должно сильно отличаться от давления газа вне его, т. е. равно атмосферному в случае шаровой молнии. Кроме того, как уже говорилось, время жизни плазмоида ограничено временем свободного пробега его частиц. Можно подсчитать [30], что для того чтобы оно было порядка 1 с или больше, требуется, чтобы температура плазмы превышала 105 К и, следовательно, плотность ее (при атмосферном давлении) была в несколько сотен раз меньше плотности воздуха. Такой плазмоид будет всплывать, а не тонуть в атмосфере. Верхнюю границу температуры можно получить, учитывая синхротронное излучение электронов в магнитном поле. Естественно, что в результате этого излучения молния не должна терять запасенную в ней энергию менее чем за несколько секунд. При этом оказывается, что температура плазмы должна быть ограничена значением около 107 К [30].[ ...]
Именно эти реакции обычно и определяют время жизни образовавшегося озона. Константы скорости их сильно зависят от температуры [например, для последней реакции к = 7 • 10 12 ехр (—3520/Т) ], так что при температуре выше 400—500 К время разложения озона оказывается малым по сравнению с временем жизни шаровой молнии.[ ...]
Образование шаровой молнии из канала линейной молнии с рассматриваемой точки зрения представляется следующим образом. Некоторое количество горячего диссоциированного воздуха, выброшенного ударной волной из канала линейной молнии, смешивается с окружающим холодным воздухом и охлаждается столь быстро, что небольшая доля атомарного кислорода в нем не успевает рекомбинировать. По изложенным выше соображениям этот кислород должен превратиться за 10 5 с в озон. Допустимая доля горячего воздуха в образовавшейся смеси сильно ограничена, так как температура смеси не должна превышать 400 К, в противном случае образовавшийся озон быстро разложится. Это ограничивает количество озона в смеси значением порядка 0,5—1 % [40]. Для получения более высоких концентраций озона в [41] рассмотрено возбуждение кислорода током молнии. Автор приходит к выводу, что это может привести к возникновению смеси, содержащей до 2,6 % озона. Таким образом, в данном случае разряд молнии действительно входит в предложенную схему как необходимая деталь картины. Это выгодно отличает рассматриваемую гипотезу от других химических гипотез, где собственно разряд не играет, на первый взгляд, никакой роли и остается непонятным, почему шаровая молния так тесно связана с грозой.[ ...]
Прежде всего эта гипотеза не в состоянии объяснить форму молнии и ее устойчивость при движении. Облако нейтрального газа не может сохраниться в таких условиях. Ссылки на опыты с горением, которые иногда приводят [3, с. 124], неубедительны, так как масштабы и условия, в которых проводились эти опыты, не соответствуют обстоятельствам наблюдения шаровой молнии. Последняя проходит сотни метров в неспокойной атмосфере, может проникать через узкие отверстия и щели, восстанавливая после этого свою форму, и сохраняется даже при взрыве, отскакивая в сторону и вновь принимая обычный вид. Очень трудно представить себе, что все это возможно только в силу «симметрии поля температур», как полагает Б. М. Смирнов [41]. Кстати, поле температур как раз не будет симметричным вследствие конвективных потоков, возникающих в поле силы тяжести. Ожидать же у среды с плотностью газа поверхностного натяжения можно только в том случае, если ее молекулы заряжены и взаимодействуют по закону Кулона.[ ...]
Далее, энергия шаровой молнии в рассмотренной выше модели оказывается слишком низкой: порядка нескольких сотен джоулей, в то время как из разобранных в гл. 2 примеров видно, что она должна быть порядка нескольких десятков килоджоулей. Нужно учесть, что потери энергии на излучение за время жизни шаровой молнии именно такого порядка. Попытки увеличить концентрацию озона свыше 1—3 % наталкиваются на принципиальные трудности [40, 41].[ ...]
Наконец (и это, возможно, самое главное возражение), не видно, как в рамках химических гипотез можно было бы объяснить различные электрические эффекты, связанные с шаровой молнией, которые подробно рассматривались в гл. 2. Газ, состоящий из нейтральных молекул, не может быть проводником, и все описанные в § 2.6 явления оказываются необъяснимыми. Между тем именно они, а не факт длительного свечения, который лишь помогает визуально обнаружить шаровую молнию, представляют наиболее интересные и характерные черты этого явления. Вещество шаровой молнии образует не только особую фазу в воздухе, но фаза эта оказывается проводящей.[ ...]
Те же перечисленные выше принципиальные трудности, которые возникают в химических гипотезах, остаются и в гипотезах, пытающихся объяснить свечение шаровой молнии высвечиванием возбужденных метаста-бильных молекул (электролюминесцентные гипотезы, см., например, эксперименты Пауэлла и Финкельштейна, которых мы еще будем касаться ниже в 5.1 [2, 43]). Независимо от успеха или неудач этих гипотез в объяснении длительного свечения воздуха главного в шаровой молнии они и не пытаются объяснить. Поэтому мы снова в конце этой главы возвратимся к гипотезам, в которых шаровая молния строится из заряженных частиц, в данном случае речь пойдет о молекулярных ионах и пылинках.[ ...]
Каких-либо серьезных количественных расчетов в обоснование высказанных взглядов не приводится. Главная трудность, которая сразу же возникает при любой попытке уточнить количественно эту точку зрения, состоит в громадном значении кулоновских сил, действующих между облаками зарядов. Эти силы приведут к быстрому перемешиванию облаков ионов разного знака и к рекомбинации их или, если вся молния состоит из ионов одного знака, к быстрому (за долю секунды) распаду ее и рассеянию в воздухе.[ ...]
Вернуться к оглавлению