Гроза, гроза - неизменный спутник летних дней на нашей планете. Грозовые облака заключают в себе огромные электрические машины. Их работу мы можем наблюдать в виде разрядов молний. У них невероятная электрическая мощность.
В древности на молнию взирали с вполне понятным трепетом. Но трепет не помешал учёным древнего мира проклассифицировать молнии и выделить линейную, зигзагообразную, ленточную и шаровую молнии. Молнии связывали с божественными промыслами и в каждом пантеоне существовал бог грозы. Связать молнию с электричеством придумал Бенджамин Франклин, заметив сходство между молниями и разрядами от электрических машин 18 века.
В 19 веке Бойс сконструировал фотокамеру с вращающимися на диске объективами, что позволило проследить за сменой событий в молниевом разряде. Процесс оказался ступенчатым, сложным и интересным. Сначала образуется канал до земли или до другого облака и после формирования канала следует мощный главный разряд, в котором возникает ток до 100 000 А и напряжением в миллиард вольт. Он порождает яркую вспышку, называемую молнией.
Как в облаках возникают такие электрические поля? Понятно, что во-первых, должно произойти разделение зарядов. Механизм разделения зарядов понятен, он объясняется столкновением дождевых капель, замерзанием, трением капель или твердых частиц о воздух, разрушением капель при столкновении и другими подобными взаимодействиями газа и частиц. Однако скорость этих процессов очень мала для того чтобы объяснить возникновение даже обычной молнии. Поэтому приемлемые механизмы накопления электрических зарядов известны, а реальные процессы, протекающие в грозовом облаке, пока не установлены.
Разряд обычной молнии в основных чертах уже вполне понятен, но с шаровой молнией дело обстоит совсем иначе, если говорить о научном понимании этого явления. Изучением шаровой молнии занимались многие видные учёные: Бойль, Араго, Фарадей, Лодж, Аррениус, Теплер, Капица. Но во всей истории науки найдётся немного загадок природы, решение которых даётся с таким трудом и многие теории, как прошлого, так и современные часто выдвигают неверные утверждения. Почему же так?
Шаровая молния представляет собой светящуюся сферу, которая возникает во время грозы. Чаще всего она красная, хотя нередко сообщалось о шарах других цветов. Размеры бывают самыми разными, но обычный диаметр около 15 сантиметров. Шаровая молния представляет собой разительный контраст с обычной молнией, так как она часто движется горизонтально вблизи земли с небольшой скоростью Она может на какое-то время застыть неподвижно или изменить направление своего движения. В отличие от мгновенной вспышки обычной молнии шаровая существует сравнительно долго - несколько секунд или даже минут.
Электрический шар может попадать внутрь помещений через окно или трубу. Многие наблюдатели отмечали, что шар ярок, но не испускает тепла и исчезает бесшумно. Шаровая молния редко представляет собой правильный шар. Часто это масса довольно неправильной формы с несколькими выступами. Сфера молнии может испускать искры, исчезать бесшумно или взрываться, в одних случаях ее границы размыты или четко очерчены. Шаровая молния то падает из тучи прямо на землю, то парит или даже отскакивает. Она может двигаться по ветру или против ветра. Вот такое разнообразие противоречивых свойств и приводит к значительным затруднениям при попытках найти чёткое объяснение явлению шаровой молнии.
Теорий, объясняющих шаровую молнию было придумано, пожалуй, даже слишком много. В большинстве из них грозовому электричеству отводится роль возбуждающего фактора, вызывающего возникновение светящейся массы. Длительную же активность шара пытаются объяснить в первую очередь химическими реакциями или электрохимическими процессами. Химические теории, если рассматривать их в порядке возникновения, исходили из того, что шар состоит из веществ, возникающих при грозовых разрядах: иодистого азота, смеси кислорода и водорода или озона, - свойства которых определяют энергию. высвобождающуюся при последующем распаде шаровой молнии. Высказывалась идея, что при вспышке молнии образуется активный азот и что этот выделившийся азот "горит" затем в атмосфере, в результате чего возникают окислы азота.
Чисто электрические теории предполагают что молния это - кистевой разряд. Выдвигались предположения, что короткий участок канала молнии отделяется от нее в виде вихря. Шаровую молнию могло бы также создать испарение какого-нибудь металла - например меди - при интенсивной вспышке обычной молнии. Обсуждалась также идея таких распределений электрически заряженных частиц пыли, дождевых капель или ионов атмосферных газов, в которых нейтрализация противоположных зарядов каким то образом замедляется. Многие новые модели используют теорию плазмы.
Каждая теория объясняет только некоторые свойства шаровой молнии, общей же теории нет. А самые интересные модели и гипотезы будут рассмотрены в следующих статьях.