Гипотезы о природе шаровой молнии реферат

Обновлено: 05.07.2024

На сегодняшний день нам известно множество явлений, будоражащих воображение. С какими-то из них мы сталкиваемся в повседневной жизни: солнечный свет, дождь, ветер — а другие можно увидеть раз в несколько десятилетий: падение астероида, мегацунами.

Ключевое место среди них занимают природные катаклизмы, которые мы привыкли доказывать и объяснять с точки зрения физических законов: почему разрушается озоновый слой, как возникают ураганы и смерчи, какова вероятность глобального потепления или нового ледникового периода.

Однако одним из наиболее обсуждаемых и интересных явлений стала молния, в особенности это касается её гипотетической разновидности — шаровой молнии. Так существует ли она на самом деле? В чём заключается её отличие от линейной молнии? И как вести себя в случае надвигающейся угрозы?

Что такое молния: как образуется природное явление?

Каждую секунду в Землю ударяют около пятидесяти молний. Каждый разряд производит электрический ток, измеряемый десятками тысяч ампер, и мощность, достигающую тераватта, — это практически в два раза больше мощности, чем потребляют Соединённые Штаты Америки. Температура вокруг разряда превышает тридцать тысяч градусов по шкале Цельсия, а воздух расширяется со сверхзвуковой скоростью, создавая раскат грома, знаменующего скорую грозу.

Мы вряд ли задумываемся об этом, когда видим в небе электрическую вспышку, именуемую молнией, не так ли?

Молния — внезапный электрический разряд от грозового облака до земли или до другого грозового облака, носящего противоположный заряд.

Молния возникает, когда в нижней части облака накапливается большое количество отрицательного заряда и между ней и землей возникает разность потенциалов (напряжение) в несколько миллионов вольт. Считается, что это происходит из-за кристаллов льда. Они собирают положительные заряды, а затем внутренним вихревым течением поднимаются в верхнюю часть облака.

Более тяжёлые частицы льда и воды оседают на его дне, неся отрицательные заряды. Этот процесс разделения формирует сильный отрицательный электрический заряд в нижней части облака. По мере того, как он растет, он притягивает положительные заряды, заставляя равные противоположные заряды собираться на земле.

Электрическое сопротивление находящегося между ними воздуха не позволяет зарядам сблизиться и уравновесить друг друга до тех пор, пока оно не будет преодолено мощным разрядом.

Как обойти электрическое сопротивление?

Электрическое сопротивление преодолевается благодаря явлению, называемому ионизацией.

Ионизация — процесс, при котором электрические силы отрывают электроны от их атомов, превращая воздух в проводник.

Из нижней части грозового облака к земле проскальзывают лидеры отрицательно ионизированного воздуха.

Лидер — этап развития некоторых типов электрических разрядов.

В то же время на земле гроза выбивает из атомов электроны, создавая положительно заряженные ионы, которые стремятся вверх.

Когда лидеры отрицательно ионизированного воздуха и положительно ионизированного встречаются, возникает электрический ток — и бьет молния.

Шаровая молния с точки зрения физики

Если разряды линейной молнии стали для нас привычным явлением, которое можно объяснить с научной точки зрения, что представляет собой один из её гипотетических видов?

Шаровая молния — гипотетическая разновидность молнии, выглядящая как светящийся плазматический шар, парящий в воздухе.

За все время накопилось более 10 000 свидетельств очевидцев, которые утверждали о том, что наблюдали данное природное явление. Однако правдивость этих показаний зачастую подвергается сомнению, так как в прошлом множество известных нам процессов трактовалось совсем по-другому.

На французской иллюстрации изображена шаровая молния, проникающая в комнату через окно. Явление шаровой молнии неоднократно фиксировалось в истории.

Краткая историческая справка: эволюция представлений о шаровой молнии

Наибольшие успехи в изучении шаровой молнии были достигнуты в конце девятнадцатого и в двадцатом веках, когда четвертое состояние вещества — плазма — было открыто Уильямом Круксом и было доказано, что атом делим. Тогда начали появляться наиболее признанные гипотезы.

Серия изображений, показывающих создание подобия шарообразной молнии в лаборатории. Изображения: BBC.

Гипотезы возникновения и происхождения шаровой молнии.

Существует множество различных гипотез о шаровых молниях: от теорий, частично доказанных в лабораторных условиях — до заявлений уфологов о том, что шаровые молний на Землю присылают инопланетные цивилизации. Однако некоторые из них обладают наибольшим авторитетом среди научного сообщества. Рассмотрим:

Гипотеза П.Л. Капицы, согласно которой возникновение шаровой молнии и некоторые свойства объясняются появлением стоячей электромагнитной волны (явление интерференции, при котором перенос энергии ослаблен или отсутствует) в пространстве между грозовыми тучами и земной поверхностью. Стоячая волна подпитывает молнию энергией.
Гипотеза Б.М. Смирнова, где ядро шаровой молнии представлено в виде ячеистой структуры, обладающей прочным плазматическим каркасом, за которым скрывается весь запас энергии.
В другой теории шаровая молния состоит из положительных и отрицательных ионов воздуха, образовавшихся после разряда линейной молнии. Под воздействием электрических сил они соединяются в шар.
Шаровая молния также рассматривается как ридберговское вещество (вещество, состоящее из водородоподобных атомов, у которых электрон находится в возбуждённом состоянии).
Теория Абрахамсона и Денниса, согласно которой при ударе молнии в почву температура почвы повышается и начинается процесс испарения элементов, содержащихся в ней. Образовавшийся газ собирается в шар.

Именно теория Абрахамсона и Денниса нашла подтверждение в ходе недавнего наблюдения.

Научное открытие или заблуждение?

Группа китайских ученых под руководством профессора Цен Цзянь Юна проводила исследования в высокогорных районах Тибета при помощи видеокамер и спектрографов.

Спектрограф — прибор, в котором приёмник излучения одновременно регистрирует весь возможный электромагнитный спектр.

Во время грозы им удалось зафиксировать шаровую молнию и основной химический состав: кремний, железо, кальций — подтвердив тем самым гипотезу Абрахамсона и Денниса об испарении элементов из почвы. Ударная волна в данном случае отправляет образовавшийся газ в воздух, формируя шар.

Фото, на которое попала шаровая молния. Ее место отмечено постфактум в дневное время суток, поскольку наблюдения велись ночью. Вывод из наблюдений: когда возник спектр плазменного канала шаровой молнии (наряду со спектром линейной молнии), спустя 20 мс спектр линейной молнии исчез, а спектр шаровой – остался.

Сейчас учёные продолжают исследовать вопрос о структуре шаровых молний, чтобы дать на него ответ. Возможно, этот ответ появится в ближайшее десятилетие, а пока что важно изучать имеющиеся данные.

Шаровая молния — FAQ

Это была информация о шаровых молниях, известная на данный момент. Однако осталось несколько интересных вопросов:

В 2007 году это доказал житель Пенсильвании Дон Фрик, которого ударило молнией два раза с промежутком в двадцать семь лет. Он остался жив.

Средняя вероятность получить за жизнь хотя бы один удар молнией примерно равна 1 к 3000. По статистике, от ударов молнии в четыре раза чаще страдают мужчины, чем женщины.

Поведение шаровых молний непредсказуемо. Если раньше считалось, что шаровые молнии появляются в сопровождении линейных молний, то сейчас известно, что они могут появиться в любую погоду. Также предполагалось, что молнии появляются у мест высокого напряжения и с сильным магнитным полем, но были зафиксированы другие случаи.

Самое главное — не поддаваться панике и не совершать необдуманных поступков. Ни в коем случае нельзя делать резких движений: шаровые молнии чувствительны к потокам воздуха. Если молния оказалось в квартире, то отойдите к окну и откройте его, возможно, она вылетит наружу. Не трогайте и не бросайте ничего в молнию, так как это может спровоцировать взрыв.

Ответ на этот вопрос доподлинно неизвестен, однако есть множество косвенных доказательств. Мысленный эксперимент описал М.И. Зеликин:

В данной статье рассматривается научные теории возникновения, а также поведение и возможные структуры шаровой молнии. Появление этого явления чаще всего связывают с грозой, но зафиксированы случаи его возникновения и в хорошую погоду, что опровергает некоторые теории связанные с грозовой погодой, реже встречаются молнии похожие на грушу, гриб или каплю, или такой экзотической формы как блин, бублик или линза. Ни одна из гипотез так и не была научно доказана. Достоверно воссоздать шаровую молнию также никому не удавалось, однако, некоторым физикам всё-таки посчастливилось экспериментально создать приблизительную копию этого явления. Конечно, это была лишь, как было уже сказано, приблизительная копия, т.е. по словам очевидцев, которые сталкивались с шаровой молнией, экспериментальная воссоздание явления не совсем соответствует природной.

Шаровая молния - светящийся плавающий в воздухе, как правило, шар, уникальное редкое природное явление, единой физической теории возникновения и протекания которого к настоящему времени не представлено. В лабораторных условиях похожие, но кратковременные, явления удалось получить несколькими разными способами, так что вопрос о природе шаровой молнии остаётся открытым. По состоянию на конец XX века, не было создано ни одной опытной установки, на которой это природное явление искусственно воспроизводилось бы в соответствии с описаниями очевидцев наблюдения шаровой молнии[10].

Шаровые молнии могут отличаться внешним видом. Однако узнать шаровую молнию очень легко, несмотря на разнообразие ее видов. Обычно она имеет, как можно легко догадаться, форму шара, светящегося, как лампочка на 60-100 Ватт. Гораздо реже встречаются молнии похожие на грушу, гриб или каплю, или такой экзотической формы как блин, бублик или линза. Зато разнообразие цветовой гаммы просто поражает: от прозрачного до черного, но лидируют все же оттенки желтого, оранжевого и красного. Цвет может быть неоднородным, а иногда шаровые молнии меняют его, как хамелеон. Говорить о постоянном размере плазменного шара тоже не приходится, он колеблется от нескольких сантиметров до нескольких метров. Но обычно люди сталкиваются с шаровыми молниями диаметром 10-20 сантиметров. Хуже всего в описании молний дело обстоит с их температурой и массой. По данным ученых, температура может быть в пределах от 100 до 1000 о С. Но при этом люди, сталкивавшиеся с шаровыми молниями на расстоянии руки, крайне редко отмечали хоть какое-то тепло, исходившее от них, хотя по логике, они должны были получить ожоги. Такая же загадка и с массой: какого молния не была размера, она весит не более 5-7 грамм[7].

Как уже говорилось раннее, существует множество теорий насчет образования и протекания шаровой молнии. Среди которых данному явлению присваивают божественную кару, участие НЛО и так далее, но мы рассмотрим наиболее научные и правдоподобные теории.

Проникновение шаровых молний в жилые дома и их способность образовываться внутри самолетов крайне сложно объяснить. Объяснения того, как они образовываются, даже более разнообразны, чем их физические характеристики. К примеру, согласно различным теориям, шаровая молния может представлять собой облако раскаленных кремниевых частиц, природную ядерную реакцию, эпилептическую галлюцинацию, возникающую из-за воздействия молнии, миниатюрную черную дыру, соединение целлюлозы и других природных полимеров и наполненный микроволнами пузырь плазмы.

В научной работе, опубликованной в журнале Journal of Geophysical Research Atmospheres, ученые объединенной организации научных и индустриальных исследований (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization, CSIRO) и австралийского Национального университета, выдвинули теорию, подкрепленную математическими выкладками, которая объясняет процессы, приводящие к появлению, происходящие при формированию шаровых молний.

В основе теории лежит предположение, что шаровая молния не является результатом воздействия микроволнового излучения, аннигиляции антивещества или медленно горящих мелких частичек кремния, которые являются побочными продуктами обычного грозового разряда.

Согласно этой теории, накопленные в воздухе ионы создают в воздухе электрические поля, которые действуют как препятствия для дальнейшего движения ионов. Наличие таких препятствий в некоторых случаях становится причиной скопления высокоионизированного газа в малой области пространства, своеобразного зародыша шаровой молнии. Существование препятствий из электрических полей, по мнению ученых, объясняет тот факт, что некоторые шаровые молнии видны как будто бы они находятся за толстым слоем стекла.

Такая теория объясняет, почему шаровые молнии чаще всего возникают во время гроз и неподалеку от мощных излучателей энергии. Грозовые разряды и излучатели радаров самолетов являются мощными источниками потоков ионов, которые скапливаются и возбуждают молекулы воздуха, что приводит к формированию шаровой молнии, которая затем разрушается тихо или громко, взрываясь, как хороший заряд[8].

Одна из самых известных теорий была выдвинута нашим соотечественником, нобелевским лауреатом, академиком Петром Леонидовичем Капицей. В 1955 году он опубликовал доклад "О природе шаровой молнии". В своей работе Капица объясняет и возникновение шаровой молнии, и многие (если не все) её странные особенности возникновением коротковолновых электромагнитных колебаний в пространстве между грозовыми тучами и земной поверхностью.

Но вот чего академику не удалось объяснить, так это природу тех самых коротковолновых колебаний[3].

Следующую гипотезу выдвинул Б. М. Смирнов. Он предположил, что у шаровой молнии внутри есть ядро, которое состоит из некой ячеистой структуры. Вокруг ядра находится достаточно прочный каркас, состоящий из плазменных нитей. Но поведение огненных шаров ученый также объяснить не смог.

Д. Тернер выдвинул свою версию происхождения этого явления. По теории Тернера шаровая молния возникает из-за термохимических реакций, которые возникают в водяном паре при сильном электрическом поле. Но и в этой теории есть множество нестыковок.

Одной из самых стройных теорий можно считать гипотезу новозеландских химиков Д. Динниса и Д. Абрахамсона. Ученые постарались доказать, что плазменные шары возникают при ударе линейной (обычной) молнии в почву. При этом возникает клубок карбида кремния и волокон кремния. Постепенно окисляясь на воздухе, эти волокна начинают излучать свет. Так и возникает огненный шар температурой 1200 – 1400° C, который медленно тает на воздухе. Если температура молнии превышает эти значения – она взрывается. Но, какой бы правдоподобной ни была эта теория, она не смогла объяснить многие факты[1].

Известный советский физик-теоретик Я.Френкель считал, что шаровая молния – это образование, вызванное созданием при ударе обычной молнии газообразных химически активных веществ. Они горят в присутствии катализаторов в виде частичек дыма и пыли. Но науке не известны вещества с такой колоссальной теплотворной способностью.

Сотрудник НИИ механики Московского государственного университета Б.Парфенов считает, что шаровая молния – это тороидальная токовая оболочка и кольцевое магнитное поле. Когда они взаимодействуют, из внутренней полости шара выкачивается воздух. Если электромагнитные усилия стремятся разорвать шар, то давление воздуха, напротив, пытается смять его. Если эти силы уравновешены, то шаровая молния приобретет стабильность[6].

Таким образом у той или иной теории есть свои недочеты.

Но вот лет двенадцать тому назад два инженера-электрика, братья Кеннет и Джеймс Корум из американского штата Огайо получили в лаборатории электрические шаровые молнии различных, очень ярких цветов.

Удивительно, что сведения, необходимые для этого открытия, были доступны уже на протяжении более ста лет, они содержались в записках 1899 года легендарного физика, доктора Николы Теслы (1856-1943 годы). Именно воспроизведение братьями Корум эксперимента, описанного Теслой, сделало общедоступным то, что, по недосмотру, длительное время оставалось тайной.

Братья Корум обнаружили, что шаровую молнию можно создавать с помощью недорогого оборудования, имеющегося в научных подразделениях учебных заведений и во многих мастерских любителей-энтузиастов. Главным компонентом этого оборудования является трансформатор Теслы, основу которого составляют две катушки с обмоткой из медной проволоки. Одна обмотка - первичная, большего диаметра и более короткая, другая - вторичная, более длинная и меньшего диаметра. На верху вторичной катушки помещается медный или латунный шарик, соединенный с ее обмоткой. Этот шарик и являете полюсом, от которого распространяются яркие высокочастотные электрически разряды, когда все устройство приводится в действие. Именно в пределах этих длинных искровых разрядов и образуются шаровые молнии - и они сохраняются после отключения электропитания[2].

Ученым из Института имени Макса Планка и Берлинского университета Гумбольдта удалось сгенерировать шаровую молнию в лабораторных условиях. Физики смогли создать плавающие над водой шары светящейся плазмы диаметром от 10 до 20 сантиметров. Они существовали около полусекунды. Шаровая молния - природное явление, возникающее во время грозы. До сих пор то, почему она может существовать в течение нескольких секунд, остается загадкой. Исследовать это явление сложно, так как оно случается очень редко.

В список теорий возникновения шаровых молний входят предположения о том, что они могут быть крохотными черными дырами или небольшим ядерным взрывом. Руководитель группы ученых профессор Герд Фуссман пояснил, что ранее неоднократно предпринимались попытки создания шаровой молнии в лабораторных условиях. Одна из команд исследователей смогла получить шары плазмы, состоящие из ионизированного газа. Российская группа ученых создала подобие этого явления, производя электрические разряды над водой.

Эксперимент команды профессора Фуссмана основывается на опыте российских исследователей. В сосуд, наполненный водой, опускают два электрода, один из которых изолирован от влаги глиняной трубкой. Во время высоковольтного разряда жидкость поступает в трубку, испаряется и образует плазмоид, состоящий из молекул воды. Несмотря на то, что сами плазмоиды достаточно холодные, они излучают яркий свет[4].

Тот факт что шаровая молния притягивается и портит все электрические приборы, плавит провода и взрывает телевизоры свидетельствует о том, что данное явление возможно имеет заряд. Были случаи, когда она буквально плавила железную монету и оставляла совершенно целым, лежавшую рядом бумажную купюру, что даёт понять о высокой температуре внутри шаровой молнии и его реакции на проводник с меньшим сопротивлением. Действия этого явление на человека крайне разнообразно: кому-то оставляет страшные ожоги на теле иногда в виде рисунков, у некоторых эта встреча остаётся последней, причём убитые шаровой молнией долго не разлагаются, и у него замедляется процесс старения. Мы всё же полагаем, что электрическое составляющее у шаровой молнии всё же присутствует, так как она имеет характерные черты электрического тока, это, к примеру, идти по пути меньшего сопротивления (случай с монетой), излучает энергию (взрыв телевизора), а так же тот факт, что что-то похоже повторил Тесла, это подтверждает.

Содержание

Введение…………………………………………………………………….3
Общее представление о шаровой молнии……………………………4
Физическая природа шаровой молнии………………………………6
Природа линейной молнии……………………………………………15
Основные рекомендации……………………………………………. 16
Заключение……………………………………………………………….17
Список использованной литературы…………………………………..19

Работа содержит 1 файл

шар молния.doc

Общее представление о шаровой молнии……………………………4
Физическая природа шаровой молнии………………………………6
Природа линейной молнии……………………………………………15
Основные рекомендации……………………………………………. ..16

Список использованной литературы…………………………………..19

В данном реферате речь пойдет об одном из самых интересных, с точки зрения физики, явлений природы — шаровой и линейной молниях. Шаровой молнией принято называть светящиеся образования, по форме напоминающие шар. Это явление возникает иногда во время грозы в воздухе, чаще всего, вблизи поверхности. Всегда сопровождаясь обычной молнией, шаровая молния сильно отличается от неё и по своему поведению, и по внешнему виду. В отличие от обычной (линейной) молнии, шаровая не сопровождается громом, она практически бесшумна. С другой стороны, шаровая молния может существовать до нескольких минут, тогда как обычная молния характеризуется кратковременностью. Поведение шаровой молнии является совершенно непредсказуемым. Абсолютно невозможно предсказать направление, в котором в следующее мгновение переместится светящийся шар и чем завершится его появление (взрывом или простым исчезновением).

Чаще всего в природе, наблюдаются молнии, напоминающие извилистую реку с притоками. Такие молнии называют линейными, их длина при разряде между облаками достигает более 20 км. Молнии других видов можно увидеть значительно реже.

Существует множество вопросов, касающихся шаровой молнии. Каким образом она попадает в закрытые помещения? Что служит предпосылками для ее появления? Почему она светится, но при этом не излучает тепла? Из-за чего ее форма столь длительное время остается неизменной? Эти и некоторые другие вопросы пока остаются без ответа.

Однако, самые основные понятия будут раскрыты в данной работе.

Так издавна называли светящиеся шаровидные образования, время от времени наблюдаемые во время грозы в воздухе, как правило, вблизи поверхности. Шаровая молния абсолютно не похожа на обычную молнию ни по своему виду, ни по тому, как она себя ведет. Обычная молния кратковременна; шаровая молния живет десятки секунд, минуты. Обычная молния сопровождается громом, шаровая совсем или почти бесшумна. В поведении шаровой молнии много непредсказуемого: неизвестно куда именно направится светящийся шар в следующее мгновение, как он прекратит свое существование (тихо или же со взрывом).

Шаровая молния задает нам множество загадок. При каких условиях она возникает? Как ей удается сохранять свою форму столь долго? Почему она светится и в то же время не излучает тепла? Каким образом она проникает в закрытые помещения? На эти и ряд других вопросов у нас пока нет ясного ответа.

С точки зрения физики шаровая молния - интереснейшее явление природы. В первой половине 19-го века французский физик Д.Араго собрал сведения о 30-и случаях наблюдение шаровой молнии. Познакомимся с одним из случаев. “После сильного удара грома в открытую дверь влетела бело-голубая шарообразная масса диаметром 40 см и начала быстро двигаться по комнате. Она подкатилась под табурет, на котором я сидел. И хотя она оказалась у моих ног, тепла я не ощутил. Затем шаровая молния притянулась к батарее и исчезла с резким шипением. Она оплавила участок батареи диаметром 6 мм, оставив лунку глубиной 2мм”.

Уже из самого названия следует, что эта молния имеет форму шара. Строго говоря, ее форма всего лишь близка к шару; молния может вытягиваться, принимая форму эллипсоида или груши, ее поверхность может колыхаться. Будем считать, что шаровая молния - это шар или почти шар. Он светится - иногда тускло, а иногда достаточно ярко. Яркость света шаровой молнии сравнивают с яркостью света 100-ваттной лампочки. Чаще всего шаровая молния имеет желтый, оранжевый или красноватый цвет. Перед угасанием молнии внутри нее могут возникать темные области в виде пятен, каналов, нитей. В отдельных случаях на поверхности молнии начинают плясать язычки пламени, из нее выбрасываются снопы искр. Диаметр шаровых молний находится в диапазоне от долей сантиметра до нескольких метров. Чаще всего встречаются молнии диаметром 15. 30 см. Обычно шаровая молния движется бесшумно. Но может издавать шипение или жужжание - особенно когда она искрит.

Шаровая молния может двигаться по весьма причудливой траектории. Вместе с тем в ее движении обнаруживается определенные закономерности. Во - первых, возникнув где - то вверху, в тучах, она опускается поближе к поверхности земли. Во - вторых, оказавшись у поверхности земли, она движется далее почти горизонтально, обычно повторяя рельеф местности. Молния, как правило, обходит, огибает проводящие ток объекты и, в частности, людей. Молния обнаруживает явное “желание” проникать внутрь помещений. Вызывает удивление способность шаровой молнии проникать в помещение сквозь щели и отверстия, размеры которых много меньше размеров самой молнии. Так, молния диаметром 40 см может пройти сквозь отверстие диаметром всего в несколько миллиметров. Проходя сквозь малое отверстие, молния очень сильно деформируется, ее вещество как бы переливается через отверстие. Еще более удивительна способность молнии после прохождения сквозь отверстие восстанавливать свою шаровую форму. Живет шаровая молния примерно от 10 с до 1 мин. Меньше живут очень маленькие молнии (диаметром порядка сантиметра и меньше) и очень большие (диаметром около метра и больше). Наиболее долго живут молнии диаметром 10. 40 см. Чаще всего (в 55% случаев) молния взрывается. В 30% случаев молния спокойно угасает. Маленькие молнии обычно угасают (“сгорают”); большие “предпочитают” распадаться на части.

2. Физическая природа шаровой молнии

Природа шаровой молнии пока остается неразгаданной. Это надо объяснить тем, что шаровая молния — редкое явление, а поскольку до сих пор нет указаний на то, что явление шаровой молнии удалось убедительно воспроизвести в лабораторных условиях, она не поддается систематическому изучению. Было высказано много гипотетических предположений о природе шаровой молнии [1, 2], но то, о котором пойдет речь в этой заметке, по-видимому, еще не высказывалось. Главное, почему на него следует обратить внимание, это то, что его проверка приводит к вполне определенному направлению экспериментальных исследований. Нам думается, что ранее высказанные гипотезы о природе шаровой молнии неприемлемы, так как они противоречат закону сохранения энергии. Это происходит потому, что свечение шаровой молнии обычно относят за счет энергии, выделяемой при каком-либо молекулярном или химическом превращении, и, таким образом, предполагают, что источник энергии, за счет которого светится шаровая молния, находится в ней самой. Это встречает следующее принципиальное затруднение.

Из основных представлений современной физики следует, что потенциальная энергия молекул газа в любом химическом или активном состоянии меньше той, которую нужно затратить на диссоциацию и ионизацию молекул. Это дает возможность количественно установить верхний предел энергии, которая может быть запасена в газовом шаре, заполненном воздухом и размерами с шаровую молнию.

С другой стороны, можно количественно оценить интенсивность излучения с ее поверхности. Такого рода прикидочные вычисления показывают, что верхний предел времени высвечивания получается много меньше действительно наблюдаемого у шаровых молний. Этот вывод теперь также подтверждается опытным путем из опубликованных данных [3] о времени высвечивания облака после ядерного взрыва. Такое облако сразу после взрыва, несомненно, является полностью ионизованной массой газа, и поэтому его можно рассматривать как заключающее в себе предельный запас потенциальной энергии. Поэтому, казалось бы, оно должно высвечиваться за время большее, чем наиболее длительно существующая шаровая молния подобного размера, но на самом деле этого нет.

Поскольку запасенная энергия облака пропорциональна объему (d³), а испускание — поверхности ( d² ), то время высвечивания энергии из шара будет пропорционально d, его линейному размеру. Полностью облако ядерного взрыва при диаметре d, равном 150 м, высвечивается за время, меньшее, чем 10 с [3], так что шар диаметром в 10 см высветится за время, меньшее, чем 0,01 с. Но на самом деле, как указывается в литературе, шаровая молния таких размеров чаще всего существует несколько секунд, а иногда даже минуту [1,2].

Таким образом, если в природе не существует источников энергии, еще нам не известных, то на основании закона сохранения энергии приходится принять, что во время свечения шаровой молнии непрерывно подводится энергия, и мы вынуждены искать этот источник энергии вне объема шаровой молнии. Поскольку шаровая молния обычно наблюдается "висящей" в воздухе, непосредственно не соприкасаясь с проводником, то наиболее естественный и, по-видимому, единственный способ подвода энергии — это поглощение ею приходящих извне интенсивных радиоволн.

Примем такое предположение за рабочую гипотезу и посмотрим, как согласуются с ней наиболее характерные из описанных явлений, сопровождающих шаровую молнию [1, 2, 4].

Если сравнить поведение шаровой молнии со светящимся облаком, оставшимся после ядерного взрыва, то бросается в глаза следующая существенная разница. После своего возникновения облако ядерного взрыва непрерывно растет и бесшумно тухнет. Шаровая молния в продолжение всего времени свечения остается постоянных размеров и часто пропадает со взрывом. Облако ядерного взрыва, будучи наполнено горячими газами с малой плотностью, всплывает в воздух и поэтому двигается только вверх. Шаровая молния иногда стоит неподвижно, иногда движется, но это движение не имеет предпочтительного направления по отношению к земле и не определяется направлением ветра. Теперь покажем, что эта характерная разница хорошо объясняется выдвинутой гипотезой.

Известно, что эффективное поглощение электромагнитных колебаний ионизованным газовым облаком — плазмой — может происходить только при резонансе, когда собственный период электромагнитных колебаний плазмы совпадает с периодом поглощаемого излучения. При тех интенсивностях ионизации, которые ответственны за яркое свечение шара молнии, резонансные условия всецело определяются его наружными размерами.

Если считать, что поглощаемая частота соответствует собственным колебаниям сферы, то нужно, чтобы длина К поглощаемой волны была приблизительно равна четырем диаметрам шаровой молнии (точнее, λ=3,65 d ). Если в том же объеме ионизация газа слаба, то тогда, как известно, период колебаний плазмы в основном определяется степенью ионизации, причем соответствующая резонансная длина волны всегда будет больше, чем та, которая определяется размерами ионизованного объема и, как мы указали, равна 3,65d.

При возникновении шаровой молнии механизм поглощения можно себе представить так: сперва имеется небольшой по сравнению с (π/6)·d³ объем плазмы, но если ионизация его будет слаба, то все же резонанс с волной длины λ=3,65d будет возможен и произойдет эффективное поглощение радиоволн. Благодаря этому ионизация будет расти, а с ней и начальный объем сферы, пока она не достигнет диаметра d. Тогда резонансный характер процесса поглощения будет определяться только формой шаровой молнии, и это приведет к тому, что размер сферы шаровой молнии станет устойчивым.

Действительно, предположим, что интенсивность поглощаемых колебаний увеличивается; тогда температура ионизованного газа несколько повысится и сфера раздуется, но такое увеличение выведет ее из резонанса и поглощение электромагнитных колебаний уменьшится, сфера остынет и вернется к размерам, близким к резонансным. Таким образом можно объяснить, почему наблюдаемый диаметр шаровой молнии в процессе свечения остается постоянным..

Размеры наблюдаемых шаровых молний лежат в интервале от 1 до 27 см [4]. Согласно нашей гипотезе, эти величины, помноженные на четыре, дадут тот диапазон волн, который ответствен в природе за создание шаровых молний. Наиболее часто наблюдаемым диаметрам шаровых молний от 10 до 20 см [1] соответствуют длины волн от 35 до 70 см.

Местами, наиболее благоприятными для образования шаровых молний, очевидно, будут области, где радиоволны достигают наибольшей интенсивности. Такие места будут соответствовать пучностям напряжения, которые получаются при разнообразных возможных интерференционных явлениях. Благодаря повышенному напряжению электрического поля в пучностях, их положение будет фиксировать возможные места шаровой молнии. Такой механизм приводит к тому, что шаровая молния будет передвигаться с передвижением пучности, независимо от направления ветра или конвекционных потоков воздуха [1, 2].

Шаровая молния — одно из интереснейших явлений природы. Загадочные явления образования огненных шаров при грозах с давних пор привлекают к себе внимание людей. История наблюдений шаровой молнии насчитывает тысячелетия. Отсюда можно заключить, что ее природа, видимо, связана с естественными явлениями в атмосфере.

Исследования шаровой молнии включают в себя два элемента: сбор и

анализ наблюдений шаровой молнии, а также изучение процессов, составляющих ее природу.

Вложение	Размер
o_sharovoy_molnii.doc	56.5 КБ
sharovaya_molniya.ppt	1.73 МБ

Предварительный просмотр:

Министерство образования Саратовской области

Учреждение Лицей № 37

Фрунзенского района г. Саратова

Чеснокова Евгения Анатольевича

учитель начальных классов

Пузина Елена Валерьевна

Во время гроз возникают вспышки молний различного типа. Три наиболее распространенных типа молнии: обычная, или линейная, молния, которая часто видна в небе как яркая, четко очерченная дорожка; ленточная молния, слабо светящаяся и охватывающая широкую полосу небосвода, и, наконец, шаровая молния, светящаяся иногда очень слабо, а иногда очень ярко, но в целом представляющая собой очень необычное явление как в отношении формы, так и в отношении своего движения.

Исследования шаровой молнии включают в себя два элемента: сбор и

анализ наблюдений шаровой молнии, а также изучение процессов, составляющих ее природу.

Анализ большого количества случаев наблюдения шаровой молнии дает нам возможность оценить ее параметры:

1) форма – светящийся шар;

2) цвет - самым распространенным является желтый, оранжевый (до красного), далее белый, голубой. В очень многих статьях отмечается, что шаровая молния может даже менять цвет.

3) размер - самым распространенным является диаметр от 10 до 20 сантиметров. Реже встречаются экземпляры от 3 до 10 и от 20 до 35 сантиметров.

4) яркость - световой поток от шаровой молнии сравним с тем, который испускает стоваттная электрическая лампочка. Но удивительно не это: оказывается, излучая свет, шаровая молния почти совсем не излучает тепло! Судя по наблюдениям, не может быть речи о температуре в тысячу или тем более в несколько тысяч градусов, которую часто приписывают шаровой молнии.

Шаровая молния обычно появляется в грозовую, штормовую погоду; зачастую, но не обязательно, наряду с обычными молниями . Но имеется множество свидетельств её наблюдения в солнечную погоду.

Чаще всего шаровая молния движется горизонтально, приблизительно в метре над землёй, довольно хаотично. Часто шаровая молния сопровождается звуковыми эффектами — треском, писком, шумами. Наводит радиопомехи . Нередки случаи, когда наблюдаемая шаровая молния аккуратно облетает находящиеся на пути предметы.

Другим поразительным свойством шаровой молнии является то, что она может проникать через узкие отверстия и даже щели, деформируясь при этом и вновь восстанавливая сферическую форму после выхода в свободное пространство. Один очевидец видел с расстояния 15 - 20 сантиметров, как в щель в стене "пролезал желтый шарик величиной с крупный апельсин". И уточняет: "Он, вернее, не пролезал, а переливался из одной половины в другую". Другой рассказал, как шаровая молния прошла в комнату через трещину в стекле, сплющившись, так как размер ее был больше размеров трещины.

Шаровая молния в среднем живёт от нескольких секунд до минуты, после чего обычно взрывается. Изредка она медленно гаснет или распадается на отдельные части. Если в спокойном состоянии от шаровой молнии исходит необычно мало тепла, то во время взрыва высвободившаяся энергия иногда разрушает или оплавляет предметы, испаряет воду.

Окончательного ответа физики еще не нашли, да и не могли найти до проведения широких исследований наблюдений очевидцев: слишком мало было информации. Тем не менее число различных гипотез о природе шаровой молнии значительно превосходит сотню.

Интерес Игоря Стаханова к проблеме шаровой молнии тоже начался с гипотезы, выдвинутой им в начале семидесятых годов. Стаханов, как и многие другие физики, исходил из того, что шаровая молния состоит из вещества, находящегося в состоянии плазмы. Плазма похожа на газообразное состояние с единственной разницей: молекулы вещества в плазме ионизованы, то есть потеряли (или, наоборот, приобрели лишние) электроны и перестали быть нейтральными.

В то время как аналог линейной молнии - искровой разряд - сравнительно легко воспроизводится в лаборатории, шаровую молнию все еще не удается получить искусственно. Конечно, масштабы экспериментально получаемых искр и природных молний несопоставимы, но все же нет сомнений в том, что в них происходят одни и те же явления. Этого нельзя сказать о шаровой молнии. "Сделать похоже" ученые уже могут, но точно смоделировать ее не удается.

Встреча с шаровой молнией явление очень редкое (лишь один человек из тысячи наблюдает ее) и обычно происходит без особых последствий для наблюдателя, особенно если это имеет место внутри помещений. Однако такие встречи не всегда бывают безобидными и иногда приводят к человеческим жертвам.

Среди более тысячи описаний наблюдений шаровой молнии, собранных И.П. Стахановым, сообщается о пяти случаях смерти, хотя не всегда это было результатом прямого воздействия шаровой молнии.

Главное правило при появлении шаровой молнии – не делать резких движений, никуда не бежать! Молнии очень восприимчивы к завихрениям воздуха, которые мы создаем при беге и прочих движениях, и которые тянут ее за собой. Оторваться от шаровой молнии можно только на машине, но никак не своим ходом.

Нужно осторожно свернуть с пути молнии и держаться дальше от нее, но не поворачиваться к ней спиной.

Никогда ничего не бросайте в шаровую молнию! Она может не просто исчезнуть, а взорваться, как мина, и тогда тяжелые последствия неизбежны.

Несмотря на то, что явление шаровой молнии вызывает большой интерес на протяжении длительного времени, серьезное его рассмотрение стало возможным лишь сравнительно недавно, после кропотливого анализа результатов большого количества наблюдений.

Фактически лишь теперь возникает наука о шаровой молнии - явлении, остававшемся загадкой во время бурного развития других областей науки.

Изучение природы этого загадочного явления позволит использовать полученные знания в различных областях человеческой деятельности.

Все теории (гипотезы) о природе шаровой молнии разделяются на два класса по признаку места энергетического источника, поддерживающего жизнь шаровой молнии. Это гипотезы, предполагающие внешний источник и гипотезы, считающие, что источник находится внутри шаровой молнии.
К первому типу относятся:

· Шаровая молния - газовое или воздушное "необычное" образование. Предлагается, что молния медленно сжигает газ, состоящий из метастабильных частиц или из частиц, которые поглощают энергию благодаря химическим реакциям, включающим пыль, сажу, и т.д., и так далее;

· Шаровая молния - сфера нагретого воздуха при атмосферном давлении;

· Шаровая молния - плазма с высокой плотностью, которая проявляет квантовую характеристику прочностных свойств твердой фазы;

· Шаровая молния - образуется благодаря определенной конфигураций электрического тока замкнутого контура, поддерживающего собственное магнитное поле;

· Шаровая молния - существует благодаря некоторому виду воздушного вихря (подобно кольцу дыма) обеспечивающего локализацию люминисцентных газов;

· Шаровая молния - поддерживается микроволновым полем излучения, содержащееся внутри тонкой сферической оболочки плазмы.

Ко второму типу относятся:

· Шаровая молния - поддерживается высокочастотным излучением с частотой более 100MHz;

· Шаровая молния - существует благодаря стационарному току текущего из облака;

· Шаровая молния - это сосредоточенные, электрическими полями грозы, космические частицы.

Приведенная классификация является сокращенной классификацией Michel T. Talbot Ниже приведен перечень типов гипотез о природе шаровой молнии, который является несколько измененной классификацией, составленной С.Сингером.

· Теория агломерации - объясняла явление шаровой молнии, как концентрацию горючих веществ, которые загорались во время грозы;

· Электростатическая теория - по которой шаровая молния это конденсатор;

· Теория непосредственного зарождения шаровой молнии из вещества линейного разряда;

· Химическая теория возникновения шаровой молнии;

· Теории, основанные на ядерных реакциях;

· Теории, представляющие шаровую молнию как совокупность заряженных пылевых частиц или капель жидкости;

· Ионные теории шаровой молнии;

· Вихревые теории шаровой молнии;

· Электрические теории (постоянный ток);

· Теории на основе паров веществ;

· Теории, связанные с электромагнитным излучением.

В заключение краткого обзора теорий шаровой молнии хотелось бы подчеркнуть:

· Научное сообщество, в основном, убеждено, что шаровая молния - реальное явление (хотя остаются некоторые скептики).

· Нет никакой общепринятой теории шаровой молнии.

Подобно многим, кто интересуется шаровой молнией, у меня есть своя гипотеза природы шаровой молнии.
Моя теория не укладывается в приведенную выше классификацию, и относится к классу гипотез внутренней энергии. Ее суть состоит в том, что шаровая молния - это плазменная электромагнитная колебательная система, которая создается грозовым разрядом и накачивается путем облучения электромагнитным излучением, возникающим при возбуждении естественных электромагнитных систем (конфигурация деревьев). Таким образом, в начальной стадии шаровая молния накачивается путем электромагнитного излучения, а затем она существует самостоятельно, медленно расходуя запасенную энергию, подобно колебательному контуру с очень высокой добротностью.

Читайте также: