Весна наступает! Приход весны мы чувствуем буквально каждый день. Вот ещё недавно везде лежал снег, а сейчас уже набухают почки на деревьях и зеленеют газоны.
Разумеется, весной приходит и гроза, а это значит, что может появиться и такое редкое и малоизученное явление, как шаровая молния. Раньше оно вызывало просто животный страх у людей. Кстати, даже в нашем, XXI веке, это по-прежнему настоящая загадка для учёных. Попробуем всё же приоткрыть завесу тайны и разобраться, что же нам известно!
Время появления
Шаровая молния чаще всего наблюдается во время грозы, но может появиться и в ясную погоду.
Обычно она возникает после удара линейной молнии, хотя зафиксированы случаи её спонтанного образования вблизи линий электропередач, горных вершин или во время геомагнитных бурь.
Также шаровая молния может формироваться как вблизи поверхности земли, так и на высоте. При этом она может появиться неожиданно, без явных причин, что делает её непредсказуемой.
Длительность существования составляет от нескольких секунд до 2–3 минут, но в некоторых случаях шаровая молния существует несколько дольше.
Избегайте контакта: шаровая молния может вызвать ожоги, возгорание или повредить технику.
Характеристики
Свидетельства очевидцев описывают шаровую молнию как объект, движущийся низко над землёй, иногда залетающий в помещения. Однако из-за редкости и непредсказуемости явление сложно изучать.
Шаровая молния обычно имеет форму шара диаметром от нескольких сантиметров до метра. Цвет варьируется — белый, жёлтый, оранжевый, реже синий или красный.
Молния может двигаться хаотично, зависать в воздухе, проходить сквозь стены или окна, а иногда взрываться с громким хлопком. Как уже говорилось, она может существовать от нескольких секунд до нескольких минут, после чего исчезает бесшумно или с резким звуком, иногда оставляя запах серы или дым.
По некоторым данным, шаровая молния выделяет тепло, но часто не оставляет следов, что порождает вопросы о её энергетической природе.
Гипотезы появления
Конечно, учёные умы пытались объяснить это явления. В результате этих трудов появились следующие гипотезы.
- Плазменные модели. Предполагают, что шаровая молния — это сгусток плазмы, стабилизированный магнитными полями или микроволновым излучением.
- Химические теории. Связывают появление шаровых молний с горением углеводородов или кремния, испаряющегося при ударе обычной молнии в почву.
- Квантово-механические объяснения. Некоторые учёные рассматривают её как конденсат заряженных частиц или солитон (устойчивая волна).
- Оптические иллюзии. Отдельные исследователи считают, что часть наблюдений — это зрительные галлюцинации, вызванные электромагнитным воздействием грозы.
Кстати, рассматривая этот вопрос подробно, просто нельзя игнорировать роман «Шаровая молния», китайского писателя-фантаста Лю Цисиня, автора знаменитой трилогии «Задача трёх тел». Это не только научно-фантастическое произведение, но и глубокое размышление о природе науки, человеческих амбиций и границ познания.
В романе шаровая молния становится символом непознаваемого — силы, которая бросает вызов человеческому разуму. Её природа до сих пор не разгадана, что оставляет простор для авторских интерпретаций. Автор превращает гипотезы о плазме, солитонах и квантовых эффектах в основу сюжета, создавая «научную мифологию».
Подобнее о солитонах
Рассматривая гипотезы, описывающие поведение шаровых молний, следует подробнее остановиться на теории солитонов. На сегодня это одна из самых элегантных попыток объяснить шаровую молнию, но всё же она требует дальнейших экспериментов и наблюдений. Развитие технологий, например, сверхчувствительные камеры или датчики электромагнитных полей, может дать новые ключи к разгадке.
Остальные теории обладают значительными недостатками. Так, плазменные модели, хотя и сходны с солитонными, но не всегда учитывают долгую стабильность шаровых молний. Химические теории хотя и объясняют свечение реакциями горения, всё же не отвечают на вопрос об энергетической устойчивости.
Солитон — это устойчивая локализованная волна, которая сохраняет свою форму и энергию при движении в нелинейной среде. Примеры солитонов встречаются в гидродинамике (волны-цунами), оптике (световые импульсы в оптоволокне) и других областях физики.
В контексте шаровой молнии учёные предполагают, что она может представлять собой электромагнитный или плазменный солитон, возникающий в атмосфере во время грозы.
Выделяют электромагнитные и плазменные солитоны. Гипотеза формирования электромагнитных солитонов предполагает, что шаровая молния — это «узел» из замкнутых токов или магнитных полей, стабилизированных собственной энергией. В свою очередь, гипотеза образования плазменных солитонов предполагает, что сгусток плазмы удерживается в равновесии за счёт баланса сил: давление плазмы компенсируется магнитными полями или внешним излучением.
Учёные приводят следующие аргументы в пользу этой гипотезы:
- Устойчивость. Солитоны сохраняют форму, что объясняет, почему шаровая молния не распадается мгновенно.
- Движение. Модели предсказывают способность солитонов двигаться вдоль силовых линий магнитного поля или воздушных потоков, что согласуется с наблюдениями.
- Энергетика. Солитоны могут переносить энергию без значительных потерь, что объясняет взрывы шаровой молнии при «разрушении» структуры.
Однако эта теория имеет проблемы. Например, лабораторные аналоги шаровых молний (например, плазмоиды, созданные микроволнами) лишь отчасти напоминают природные явления. При моделировании требуется учитывать множество факторов: взаимодействие с воздухом, влажностью, температурой, что усложняет расчёты. Наконец, редкость шаровых молний затрудняет проверку теории.
Изучение
Шаровые молнии изучают в научных учреждениях и лабораториях по всему миру, но из-за редкости и сложности явления исследования часто проводятся в рамках экспериментального моделирования или анализа редких наблюдений.
В Китае изучением этого явления занимается университет Цинхуа (Пекин) — в 2014 году китайским учёным удалось зафиксировать шаровую молнию во время грозы с помощью спектрографов и высокоскоростных камер. Это позволило получить данные о её составе (в спектре обнаружили следы кремния, железа и кальция). Также Институт атмосферной физики (Китайская академия наук) исследует связь шаровых молний с обычными молниями и атмосферными процессами.
В России изучением плазмы и электромагнитных явлений занимается ФИАН (Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН). Изучением теоретических моделей, включая солитоны и квантовые эффекты занимается МФТИ (Московский физико-технический институт).
Учёные из МФТИ исследуют, как комбинация магнитных полей и вихревых структур может стабилизировать плазму в условиях атмосферы.
Разумеется, что за рубежом также занимаются этим вопросом. Так, эксперименты с плазмой и микроволновыми разрядами проводят в MIT (Массачусетский технологический институт), а исследования атмосферного электричества и его влияния на технику проводят ВВС США и NASA.
В Европе изучением устойчивых плазменных образований занимается Институт физики плазмы Макса Планка (Германия). Гипотезы о химической природе (горение наночастиц кремния) изучают в Университете Лозанны (Швейцария).
Нужно также отметить, что в Японии и Бразилии проводятся эксперименты по созданию плазменных шаров в лабораториях с использованием лазеров и электрических разрядов.
Заключение
Наука до сих пор не имеет единого объяснения природы шаровой молнии, поэтому многие данные основаны на наблюдениях очевидцев и экспериментальных моделях. Гипотеза о стабилизации магнитными полями остаётся одной из наиболее перспективных, но требует экспериментальных подтверждений.
Если шаровая молния действительно удерживается магнитным полем, это открывает путь к управлению плазмой в атмосферных условиях и даже к технологическим применениям (например, создание компактных плазменных источников энергии). Однако пока это лишь теория, и разгадка феномена шаровой молнии всё ещё ждёт своего часа.