800x6001024x768Auto Width
Главная

Грозовые разряды и загадка шаровой молнии

Шаровая молния в предшествующие века

Свойства грозовой молнии

Существует ли в действительности шаровая молния?

Наблюдения шаровой молнии

Фотографии шаровой молнии

Характерные черты шаровой молнии

Теоретические и экспериментальные исследования

Современное состояние проблемы шаровой молнии

Вихревые структуры

Сложности описанных выше теорий, рассматривающих шаровую молнию как коронный разряд или полую сферу, находящуюся в быстром вращении, привели к появлению теорий шаровой молнии как различного рода вихрей. Подобного рода теория выдвигалась еще в 1859 г., когда образование шаровой молнии было приписано столкновению двух обычных молний, имеющих противоположное направление. Это объяснение неоднократно предлагалось разными исследователями вплоть до настоящего времени, особенно в связи с сообщениями о быстром вращении некоторых шаровых молний. Резкое изменение направления канала молнии, в результате чего на коротком отрезке образуются параллельные, но противоположно направленные токи в разрядах, также выдвигалось в качестве причины возникновения противоположно направленных потоков газа, порождающих быстрое вращательное вихревое движение. Возникающее в результате образование описывалось как вращающийся слой воздуха нормальной плотности, окружающий разреженный центр, причем центробежная сила вращающегося слоя полностью уравновешивается атмосферным давлением. Рассматривалась также возможность возникновения шаровой молнии при образовании канала обычной молнии. Движущийся вниз лидер, несущий отрицательный заряд, сталкивается с положительно заряженным стримером, поднимающимся от земли, что вызывает аналогичный процесс образования вихря за счет противоположно направленных потоков электронов и ионов.

Предполагалось, что источником шаровой молнии может являться также горячая струя газа из канала обычной молний. Магнитное поле, окружающее канал во время мощного разряда молнии, должно быть слабее вблизи выпуклой стенки на изгибе канала, что приводит к выбросу заряженной струи под высоким давлением, как через небольшое отверстие. Проходя через магнитное поле, струя свертывается в кольцо или в шар, содержащий азот и кислород в возбужденных состояниях. Они будут медленно переходить в нормальное состояние, создавая длительное наблюдаемое свечение, если не произойдет какого-либо нарушения, вроде добавления кислорода, которое может вызывать взрыв, резко ускорив этот процесс. Скорость струи диссоциированного и ионизованного газа при температуре в канале молнии примерно 30 000 К была оценена в 106см/с, т. е. как сверхзвуковая. За те несколько миллисекунд, пока по каналу течет ток большой силы, из отверстия в 1 см2 может вырваться несколько литров газа. Этого достаточно для возникновения относительно большого шара с диаметром от 10 до 20 см. Такой шар может заключать в себе 1011 эрг энергии, учитывая, что энергия возбуждения может достигать 2—12 эВ. Снимки молний, сделанные камерой Бойса, показывают яркие области у изгибов канала молнии, сохраняющиеся 102—103 мкс; обычное же время свечения составляет примерно 10 мкс. С этой теорией согласуется и сообщение о том, что шаровая молния как будто возникла в крутом изгибе зигзагообразной молнии.

Во время исследования изогнутых искровых разрядов с большой силой тока (100—2000 А) в газах при атмосферном давлении наблюдалось послесвечение, но слишком краткое и недостаточное для объяснения длительного свечения шаровой молнии. Изучение искровых каналов показало, что остаточное свечение не обязательно локализовалось на изгибах. Хотя такое свечение, будь оно более длительным, могло бы использоваться в качестве одного из механизмов излучения шаровой молнии, гипотеза, согласно которой изгибы канала молнии (возможно, содержащие устойчивые скопления заряженных частиц) имеют большую яркость, должна быть, по-видимому, отброшена. Послесвечение разрядов относилось за счет возбужденных нейтральных молекул, вероятность появления которых считалась более высокой, чем вероятность появления ионов и электронов. Наблюдающиеся более яркие области молнии могут появиться в результате того, что данные отрезки канала молнии располагаются вдоль линии зрения. Такие отрезки могут находиться на изгибах, которые наблюдатель видит в следе молнии, движущейся поперек его поля зрения. Позднейшее изучение каналов молнии показало, однако, что яркие области существуют в изгибах в 10—100 раз дольше, чем на прямых отрезках.