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

Сгустки плазмы поддерживались с помощью внешнего радиоизлучения в течение 10—20 с, что указывает на поглощение энергии, проходящей в сгусток сквозь стенки; однако и после прекращения подачи энергии видимое свечение продолжалось 0,5 с или больше. Это время жизни достаточно хорошо согласуется с тем, что можно было ожидать при данном запасе энергии поля излучения, если учесть соответствующие параметры и уменьшение концентрации заряженных частиц во внешней области сгустка. С другой стороны, авторы экспериментальной работы объясняют большую длительность свечения медленными переходами частиц газа из возбужденных метастабиль-ных состояний с выделением энергии в виде светового излучения. В естественных условиях генерация чрезвычайно мощных высокочастотных электромагнитных излучений, как это необходимо по теории, рассматривающей шаровую молнию как сферический резонатор, едва ли возможна даже при самых сильных грозах.

В одной необычной теории шаровой молнии предложена модель, представляющая собой окруженное плазмой небольшое тороидальное сверхпроводящее ядро из атомов кислорода и азота, уплотненных до металлического состояния. Плазму удерживает магнитное поле токов ядра. Ядро создается сжатием канала линейной молнии. Сначала канал сжимается за счет обычного маг-нитогидродинамического пинч-эффекта. Сопротивление канала в области возникающих при этом узлов возрастает. Ток проходит в основном по внешнему слою канала, что создает сильное сжатие плазмы сверхвысоким давлением магнитного поля, в результате чего достигается сверхвысокая плотность при относительно низкой температуре. Это сжатие за счет пинч-эффекта приводит атомы атмосферных газов в металлическое состояние. Затем этот отрезок разряда молнии изгибается в петлю, которая отделяется от остального канала. Содержание энергии в веществе ядра было оценено в 1400 ккал/г. Плазма, окружающая ядро, имеет высокую температуру и излучает тот свет, который упоминается обычно в описаниях шаровой молнии.

Представление о шаровой молнии как о плазменном сгустке порождает некоторые фундаментальные трудности. Во-первых, еще не найдена равновесная структура, которая сохранялась бы достаточное время, несмотря на динамические неустойчивости плазмы. Собственные поля плазмы не могут обеспечить самоудержание в замкнутой системе при сохранении энергии, определяемом условиями, налагаемыми теоремой о вириале. Необходимы еще и внешние силы, например такие, как атмосферное давление. Если же единственной силой, способствующей удержанию плазмы, является атмосферное давление, то возможный верхний предел энергии сгустка оказывается намного ниже высоких оценок энергии шаровой молнии, основанных на сообщениях о выделении ею тепла или о ее взрывах; соотношение

дает верхний предел полной удельной энергии ~ 100 Дж/л. Однако параметры, рассматриваемые в теореме о вириале, не включают добавочной «химической» энергии, которая может присутствовать в форме энергии ионизации, возбуждения или энергии химических реакций в веществе плазмы. Тепловые потери с поверхности шара вплоть до максимума, допустимого теоремой о вириале, слишком велики, и без какой-нибудь изоляции вся масса могла бы существовать не дольше нескольких миллисекунд. Неспособность объяснить достаточно длительное удержание плазмы с большой энергией, будь то любая кинетическая, тепловая или энергия электромагнитного поля, привела к появлению теорий, согласно которым шаровая молния поддерживается за счет внешнего источника. Образование шаровой молнии как сферического разряда постоянного тока уже рассматривалось выше. В следующем разделе в качестве источника ее энергии будут рассмотрены естественные электромагнитные волны.

Для этой проблемы определенный интерес представляет наблюдение светящихся шаров при атмосферном давлении при пропускании мощного импульса тока через металлическую проволоку. Такие огненные шары описывались как сгустки плазмы, и медленная рекомбинация, на которую указывает период существования порядка секунд, относилась к энергии, определяемой особой конфигурацией токов и зарядов. Никакой конкретной конфигурации, способной настолько задержать рекомбинацию, мы, однако, не знаем. Тем не менее сообщения о таких шарах доказывают, что долгоживу-щие светящиеся сферы (возможно, вихревые образования из раскаленных газов или даже неизвестные плазменные структуры) действительно существуют.