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

Отдельные сообщения о шаровой молнии.

2. Некоторые шаровые молнии наблюдались учеными, профессиональные навыки которых обеспечили особую надежность наблюдений подобных событий.

Астроном, выходя из обсерватории, увидел прямой, ослепительно белый разряд, очевидно, вырвавшийся из земли. На его вершине находился темно-красный светящийся шар, окруженный подвижным ореолом, простиравшимся далеко за четко очерченные границы самого шара. Шар испустил «брызги», тоже белого цвета, которые были примерно в 10 раз тоньше первоначального столба разряда. Эти брызги вернулись к земле, дважды входя и выходя из первоначального вертикального столба, прежде чем ударить в почву. Все явление заняло от 3 до 3,5 с.

Директор Американской метеорологической обсерватории в Блу-Хилл в 1903 г. во время сильнейшей грозы увидел, как с вершины Эйфелевой башни одновременно со вспышкой белой молнии упал огненный шар.

Шар, чуть менее яркий, чем первоначальная молния, падал внутри башни от вершины к третьей площадке. Это перемещение примерно на 100 м заняло около 2 с. Затем шар, имевший в диаметре около метра, исчез. Посетив башню на следующий день, очевидец установил, что в нее дважды ударяла молния, когда наверху никого не было, и что шара никто не видел. Сторож сказал, что такие шары во время гроз появлялись не раз.

Сотрудник Научно-исследовательского института атмосферного электричества в ФРГ наблюдал в 1951 г. шаровую молнию с расстояния примерно 30 м. Шар появился на улице после нескольких вспышек молний во время грозы средней силы. Он опускался под углом к земле со скоростью примерно 50—100 м/с и был похож на зажженную фару автомобиля. Одновременно второй наблюдатель, находившийся в той же комнате, что и первый, увидел на стене напротив окна четырехугольное пятно света, словно мимо проезжал автомобиль с очень яркими фарами, свет которых попал на окно. Шар скрылся за купой деревьев, и тут же раздался громкий треск, словно от взорвавшейся гранаты. Над деревьями поднялся голубой клуб дыма, сразу же развеянный ветром. В момент взрыва шар видели из другого здания. Внимание к нему было привлечено чрезвычайно ярким светом. Были замечены яркие лучи, которые разошлись веером от шара примерно на 10 м, а следом за ними синий дым. По-видимому, шар появился вслед за ударом молнии в находившуюся поблизости мачту линии высокого напряжения (5 кВ). В траве примерно в 5 м от железной мачты было обнаружено выжженное пятно около 50 см в диаметре. На мачте было повреждено несколько изоляторов и вырван кусок дерева; однако на траве не было золы, которая показала бы, что тут действительно горело дерево.

Дмитриев — химик, занимавшийся изучением плазмы,— сообщил в 1967 г. о своих наблюдениях, содержащих уникальные подробности. Огненный шар возник после мощного разряда обычной молнии и пролетел над наблюдателем, находившимся в палатке на берегу р. Онеги. Шар был замечен, когда он двигался примерно в 1,5 м над водой, напоминая большую электрическую лампу. (Такую же шаровую молнию над рекой наблюдали в Канаде в 1918 г. три члена геологической экспедиции [499]) Светящаяся масса имела яркий бело-желтый центр 6—8 см в диаметре, окруженный двумя оболочками. Непосредственно вокруг яркого центра находился темно-фиолетовый слой толщиной 1—2 см, а вокруг него располагалась ярко-голубая оболочка толщиной 2 см, образующая внешнюю границу шара. Вся масса имела слегка овальную форму, и длина ее превышала ширину на несколько сантиметров.

Рис. 8. Наблюдавшийся путь шаровой молнии.

Шар сначала равномерно перемещался вдоль связки плотов на реке, которые выступали над водой на 10— 15 см. Таким образом, он двигался к наблюдателю на берегу под углом к направлению ветра (рис. 8). Шар перемещался со скоростью 1,5 м/с или чуть быстрее, с каждым пройденным метром поднимаясь на несколько сантиметров. Огненный шар пролетел над головой наблюдателя к лесу, находившемуся позади него. Над сушей его скорость уменьшилась примерно до 0,4 м/с, но подниматься он стал круче — на 0,5 м или больше на каждый пройденный метр. Над небольшим пригорком он застыл в неподвижности на 30 с.

По сообщению наблюдателя, вскоре после того, как шар пролетел над ним, он взял четыре пробы воздуха в вакуумные колбы для образцов газа, которые были подготовлены для других экспериментов. При взятии проб наблюдатель поднимал колбы над головой как можно ближе к пути, пройденному молнией. Анализ собранного таким образом газа показал присутствие как озона, так и двуокиси азота в количествах, заметно превышающих их нормальные концентрации в воздухе (рис. 9). Концентрации других газов, обычно присутствующих в воздухе, не изменились. Наблюдатель заметил также сильный запах, напоминающий тот, который возникает в воздухе под действием радиации высокой энергии. В транзисторном приемнике в палатке сначала резко усилились помехи, которые вскоре превратились в непрерывный рокот, становившийся все громче. На близком расстоянии очевидец слышал, как сам шар громко потрескивал. Шар оставлял за собой след голубоватого едкого дыма, который медленно рассеивался. На опушке шар несколько раз наталкивался на деревья, и все эти 6—7 раз испускал сильные искры. После столкновений он начал двигаться зигзагами, а его цвет из белого превратился в ярко-красный. Шар исчез, пробыв в поле зрения наблюдателя 60—65 с.

Рис. 9. Результаты анализа проб воздуха вдоль траектории шаровой молнии. Штрихпунктирной кривой дано отношение концентраций [03]/[Ν02].

Исходя из сделанных им наблюдений и измерений, наблюдатель попытался установить дополнительные свойства огненного шара. Он предположил, что шар образовался из короткого отрезка первоначального разряда обычной молнии. Этот отрезок отделился, когда неустойчивость канала (неустойчивость плазмы типа «перетяжек») вызвала полное пережатие молнии в двух местах; затем из короткого отрезка сформировался шар. Если вещество огненного шара возникло при предшествующем разряде молнии, то полное время его существования составило примерно 80 с, из которых под непосредственным наблюдением он находился 60—65 с. На основании своего знакомства с характеристиками плазмы наблюдатель сравнил интенсивность свечения желто-белого центрального шара с факелом плазмотрона при температуре от 13 000 до 16 000° С. Согласно его оценке, излучение, которое вызвало в воздухе оставшийся после шара запах озона и окислов азота, составило от 1000 до 30 000 Р. Хотя огненный шар, по-видимому, прошел очень близко от наблюдателя, тот не сообщил ни о каких ощущениях тепла, которых можно было бы ожидать от шара с такой высокой температурой, а пленочный детектор для измерения радиации не показал ничего, хотя находился в 2 м от шара около 6 с. Счетчик гамма-лучей показал уровень радиации 1,2 мР/ч, однако наблюдатель подчеркивает, что радиочастотное излучение, зарегистрированное при помощи транзисторного приемника, могло воздействовать на фотоумножитель и исказить измерения. Образование озона и двуокиси азота при экспериментальных электрических разрядах в воздухе сравнивалось с количеством этих газов, обнаруженных вблизи пути шаровой молнии. Отношение количества озона к двуокиси азота вблизи экспериментальных разрядов уменьшалось с повышением напряжения разряда. Из рис. 9 следует, что самое высокое отношение, измеренное в следе шаровой молнии, составляет 2,5 : 1, что соответствует потенциалу по отношению к земле от 300 до 400 кВ, если только шаровую молнию можно приравнять к тихому разряду. Отношение водорода и кислорода в пробах воздуха, взятых в естественных условиях, было ниже того, который требуется для образования взрывающейся смеси, примерно на три порядка. Стабильность и относительно долгое время жизни светящегося шара были приписаны наличию холодной внешней оболочки из отрицательных ионов молекулярного кислорода, образовавшихся благодаря прилипанию электронов к молекулам атмосферного кислорода. Предполагалось, что этот слой должен замедлять диффузию заряженных частиц и теплоотвод от шара в окружающую атмосферу. Эти попытки истолкования наблюдений, произведенных во время появления огненного шара, и предположения о структуре шаровой молнии будут рассмотрены ниже, в главах, посвященных плазменным характеристикам шаровой молнии и ее теоретическим моделям.