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

Плазменные модели шаровой молнии

Некоторые исследования плазмы предпринимались первоначально для изучения проблемы шаровой молнии. Плазма с высокой плотностью заряженных частиц рассматривается в теориях, которые для объяснения значительной энергии и длительного существования шаровой молнии опираются на предположение, что в ней уже при образовании каким-то образом запасается вся необходимая энергия. В качестве другой возможности предполагается, что энергия непрерывно поступает в светящуюся массу от внешнего источника, например электрического или электромагнитного поля во время грозы. Теории, согласно которым постоянным внешним источником энергии является электромагнитное излучение, будут рассмотрены в заключительном разделе этой главы. В обеих группах теорий вещество шаровой молнии рассматривается как плазма.

Описание шаровой молнии как плазмы было предвосхищено в ранних гипотезах задолго до того, как экспериментальные и теоретические исследования в этой области предоставили в наше распоряжение современные сведения и терминологию. В 1905 г. Карлгейм-Гилен-шельд описал шаровую молнию как вращающийся сферический вихрь, состоящий из ионизированного воздуха, отделившегося от цилиндрического канала разряда молнии. В 1915 г. было выдвинуто предположение, что электронное вихревое кольцо образуется при импульсе разряда обычной молнии. Согласно этому описанию, кольцо быстро вращается и электроны при столкновениях ионизуют попавший в их поток воздух, создавая таким образом вакуум внутри некоторого объема. Подобные электронные и плазменные вихревые модели предлагались и 50 лет спустя.

Первоначально подобные мнения редко излагались с достаточной ясностью, чтобы их можно было сравнить с современными плазменными теориями, но особое вещество светящейся массы часто описывалось как высокотемпературный ионный газ. Например, «громовому веществу» приписывалась температура 2500° С, а сферическая оболочка объяснялась поверхностными электростатическими силами, которые уравновешивают высокое внутреннее давление.

Если предположить, что удержание полностью ионизованного газа может происходить только за счет кван-товомеханической обменной энергии, то можно оценить минимальную равновесную температуру. Если для плазмы, состоящей из одинакового числа свободных ионов и электронов (что дает равный нулю полный заряд), можно пренебречь электромагнитными взаимодействиями, то обменная энергия определяется формулой

где h — постоянная Планка. Кинетическая тепловая энергия 3/2 kT может перейти в эту обменную энергию, если температура

Температура, найденная отсюда для концентрации 2,7 1019 электрон/см3, что соответствует концентрации молекул при атмосферном давлении, составляет 632 К. При более высокой температуре обменная энергия окажется меньше необходимой для удержания плазмы. Отсюда был сделан вывод о возможности существования низкотемпературных сфер, которые тем не менее обладают высокой концентрацией заряженных частиц. С другой стороны, показано, что одной обменной энергией можно объяснить лишь удержание плазмы с низкой энергией.