Шаровая молния

Шаровая молния

Атмосферное электричество проявляет себя подчас весьма своеобразно, и наиболее впечатляющим из его проявлений следует назвать электроразряды — молнии. Ежесекундно в небесах над Землей вспыхивают 100 молний! Наиболее типичны из них линейные молнии, которые имеют вид ломаной линии и носят название искрового разряда.
     Еще в глубокой древности привлекли к себе внимание так называемые огни Святого Эльма, возникающие перед грозой на вершинах башенных шпилей и флюгерах. Эти огоньки подобно линейной молнии и считаются одной из разновидностей электрического разряда в воздухе, называемой тлеющим разрядом.

Чаще всего шаровые молнии бывают желтыми и белыми, но известны и другие их расцветки. Очевидцы описывают шаровые молнии красного, черного и синего цветов.

Ученым уже довольно много известно о природе молний, хотя в целом и искровой, и тлеющий разряды остаются в высшей степени загадочными явлениями. Нет достоверных сведений о том, как в грозовых тучах возникают условия для разряда и что они собой представляют.

Загадочной спутницей гроз иногда становится шаровая молния, представляющая собой совершенно уникальный вид электроразряда. Еще сто лет назад шаровую молнию считали плодом взбудораженной фантазии, полагая, что существование такого явления противоречит законам природы.
     По внешнему виду необычная молния напоминает большую (величиной с футбольный мяч) яркую фару шаровидной или яйцевидной формы. При грозе эта «фара» неподвижно висит или перемещается в воздухе.
     Поведение шаровой молнии чрезвычайно удивительно. Она часто рождается при ударе обычного искрового разряда в провода электропередачи или в землю, а иногда рождается самопроизвольно в канале линейной молнии.
     Чаще всего этот шар медленно и бесшумно катится по воздуху или по поверхности почвы, выписывая путаную, хаотичную траекторию. Движение может быть направлено вверх, вниз, в любом другом направлении, в том числе против ветра. Средняя скорость шаровой молнии составляет 1—10 м/с.
Когда движение молнии замедляется или останавливается, она причиняет разрушения в местах своего соприкосновения с окружающими предметами. Шаровая молния способна проходить сквозь металлический лист, не прожигая его, или проникать сквозь стекло, проплавляя в нем небольшое отверстие.
     Поразительный шар имеет необъяснимую тягу к человеческим постройкам, в которые он может проникнуть даже через маленькие щели. Удавалось не единожды наблюдать, как крупные шары диаметром 40 см просачивались (буквально так!) в мелкие отверстия, достигающие в поперечнике всего нескольких миллиметров, а затем восстанавливали свою форму. Случается, что шар от столкновения с другими предметами искрит и даже распадается на несколько маленьких шариков.

Цвет молнии, по свидетельствам очевидцев, может изменяться, но в 60% случаев он постоянен и лежит в области «горячих» цветов — красного, желтого, оранжевого.

Исчезает молния схлопываясь или взрываясь. Обычно этот хлопок негромок, сопровождается слабым треском. Причину взрыва физики видят в охлаждении шара до некоторой критической температуры.

В 30% случаев молния медленно угасает, теряя питающую ее энергию. В 15% случаев наблюдается обратная картина, Внутри вещества шара возникают зоны неустойчивости, вследствие чего шар распадается на части, которые гаснут точно так же, как обычные искры костра. Время жизни шаров средней величины (30—40 см) — около 1 минуты. Мелкие шарики с диаметром менее 10 см живут 10 с или чуть дольше. Столь же недолговечны и изредка наблюдаемые гиганты, достигающие в поперечнике 100 см.

Впрочем, размеры не всегда определяют срок жизни молнии. Как показали расчеты физиков, гораздо большее значение имеет плотность вещества молнии. Самые устойчивые и долгоживущие шары имеют плотность, которая примерно одинакова с плотностью воздуха, то есть 2 мг/см3.

Причины возникновения загадочной молнии неизвестны, наши знания о природе этого явления пока ничтожно малы. Лишь сравнительно недавно в лабораторных условиях удалось получить электроразряды, отдаленно напоминающие по своим свойствам шаровую молнию. Сегодня существуют две гипотезы, объясняющие ее происхождение. Обе они затрагивают вопрос об источнике энергии молнии.

 Плазменная модель природы шаровой молнии. В основе предлагаемой модели лежит теоретически предсказанная бессиловая магнитная конфигурация – сферомак. Зарождается она в канале линейной молнии при повторных разрядах в областях развития на нём неустойчивости типа перетяжек. Начальным полоидальным магнитным полем служит слабое магнитное поле Земли. В процессе сжатия токовой оболочки полоидальное магнитное поле возрастает и становится сравнимым с азимутальным магнитным полем пинча. В результате перезамыкания силовых линий полоидального магнитного поля в области перетяжек образуются бессиловые магнитные конфигурации с замкнутым магнитным полем, которые и являются основой шаровой молнии. В зависимости от числа слившихся бессиловых ячеек энергия и размеры шаровой молнии могут изменяться в широких пределах. Во внешней области, за сеперетрисой, силовые линии магнитного поля незамкнуты и уходят в бесконечность. Основная энергия в ней запасена в виде энергии магнитного поля
     На границе с воздухом образуется тонкая оболочка неизотермической плазмы. В ней по внутренней к сепаратисе поверхности протекает диамагнитный ток, экранирующий её от магнитного поля плазмоида. На внешней поверхности оболочки неизотермической плазмы возникает двойной электрический слой, являющийся потенциальным барьером для электронов. В результате интенсивной конденсации паров воды на отрицательных и положительных ионах в воздухе на границе двойного слоя образуется водяная плёнка. Молекулы воды играют также важную роль в образовании кластеров в двойном электрическом слое, в результате чего существенно снижается величина и энергия потока ионов. Кроме того, неизотермическая плазма оболочки служит отражательным экраном для интенсивного циклотронного излучения электронов из центральной бессиловой области. В целом, внешняя оболочка молнии является эффективным тепловым и магнитным экраном. В следстивии сильного электростатического давления в двойном электрическом слое плотность энергии в шаровой молнии достигает порядка 10 Дж/см 3
Известно, что сплюснутый бесиловый феромак является устойчивой магнитной ловушкой. В результате частичного поглощения циклотронного излучения поддерживается электронная температура в оболочке неизотермической плазмы
           В следствии различной скорости диффузии электронов и ионов центральная область плазмоида заряжена отрицательным зарядом. Шаровая молния обладает также электрическим и магнитным дипольным моментами,  направленными вдоль её оси симметрии
         Перемещается она под действием силы тяжести, воздушных потоков и электромагнитных сил. Её движение при малой электромагнитной силе сходно с движением мыльного пузыря. В электрическом поле наведённого заряда в диэлектрике (стекле) она принимает такое положение, что бы направление её электрического дипольного момента совпадало с направлением поля. В результате она соприкасается со стеклом в области горловины её внешнего магнитного поля. Захваченные частицы, уходящие вдоль силовых линий магнитного поля, расплавляют стекло в этой области, проделывая в нём отверстие. Под действием разности давлений снаружи и внутри помещения шаровая молния переливается через это отверстие
     Основная энергия в ней запасена в виде энергии магнитного поля. При форме плазмоида близкой к форме шара его энергия WF H 2 1 R 3 /3. Время жизни классического сферомака N = 2П QR 2 / 2 (4,5) 2

Вес шаровой молнии определяется весом водяной плёнки. Взрыв шаровой молнии сопровождается генерацией мощного электромагнитного импульса. Она является источником интенсивного рентгеновского излучения. Основной вклад в излучение в видимом спектре даёт неизотермическая плазма оболочки. Наличие водяной плёнки у шаровой молнии подтверждается наблюдением нескольких световых оттенков у неё, “экзотических” черных шаровых молний, а так же особенностями её движения. Голубой ореол вокруг шаровой молнии обусловлен рентгеновским и ультрафиолетовым излучением. Фиолетовое свечение вблизи её границы вызывается электронами, преодолевающими потенциальный барьер в двойном электрическом поле
    Наблюдение связанных шаровых молний, намагничивание металлических предметов и т.д. указывают на наличие у неё магнитного поля. В стадии угасания внешнее магнитное поле может отсутствовать.