Зміст
1. Загальне уявлення про кульової блискавки. 3
2. Спостереження кульової блискавки. 3
3. Зовнішній вигляд і властивості кульової блискавки. 11
4. Поведінка кульової блискавки. 12
5. Енергетика кульової блискавки. 13
6. Як виникає кульова блискавка. 13
7. Частота появ кульової блискавки. 15
8. Природа кульової блискавки. 16
9. Фізична природа кульової блискавки. 24
10. Гіпотеза квантової природи кульової блискавки. 25
11. Небезпека кульової блискавки. 29
12. Захист від кульової блискавки. 30
13. Рекомендації. 32
Список літератури .. 34
Існує безліч питань, що стосуються кульової блискавки. Яким чином вона потрапляє в закриті приміщення? Що служить передумовами для її появи? Чому вона світиться, але при цьому не випромінює тепла? З-за чого її форма настільки тривалий час залишається незмінною? Ці та деякі інші питання поки залишаються без відповіді.
Серед безлічі гіпотез, які намагаються пояснити фізичну суть і природу НЛО, все частіше з'являється в різних варіантах ідея ототожнення непізнаних літаючих об'єктів з кульовою блискавкою (ШМ). Вперше ця думка була висловлена в 1980 році на сторінках книги "За межею законів науки" Імянітовим І.М. і Тихим Д.Я., в якій автори роблять спробу переконати читачів у тому, що кульові блискавки та НЛО явища одного порядку. Потім, через десять років у журналі "Хімія і життя" (N 10. 1990 р., с.49-51) кандидат технічних наук Месеняшін А.І. у статті "НЛО - це бульки?" знову підхоплює, як естафетну паличку, ідею згаданих авторів про ідентичність ШМ і НЛО, грунтуючись на зовнішній, у ряді випадків, схожості цих явищ. Подібну гіпотезу обстоював у той час і відомий письменник-фантаст Борис Стругацький.
Дійсно, при спостереженнях, особливо з великих відстаней, зовнішні ознаки ряду НЛО і ШМ можуть схожі. Часто серед тих і інших феноменів зустрічаються кулясті і яйцеподібні об'єкти з переважанням білого, жовтого, помаранчевого кольорів. НЛО і ШМ можуть беззвучно переміщатися, тяжіючи, в ряді випадків, до провідників і джерелам електричного струму, а часом і залишаючи сліди впливу на предметах або на грунті. Мають місце й інші подібні характеристики, властиві цим об'єктам. Але чи можна на підставі цих збігів стверджувати, що зазначені явища мають одну природу? Нам видається, що подібні заяви занадто поспішні і тому приносять більше шкоди, ніж користі.
Ще в 1982 році кандидат фізико-математичних наук, співробітник астрономічного інституту ім. П. К. Штернберга Гінділіс Л.М. і автор цієї статті провели порівняльний аналіз часового розподілу кульових блискавок і аномальних аерокосмічних явищ над територій СРСР. А через рік ця робота доповідалася на засіданні Ленінградської Комісії з аномальних явищ при Географічному суспільстві СРСР. В основу цієї роботи лягли повідомлення очевидців про 370 спостереженнях ШМ і 1584 спостереження аномальних явищ за період 1900-1980 рік.
Ці масиви досліджувалися за такими часовими характеристиками: років, місяців, часу доби, тривалості явищ. У результаті проведеного аналізу з'ясувалося, що знайдені закономірності в тимчасовому розподілі показують по всіх чотирьох вивченим характеристика суттєві відмінності між ШМ і НЛО. Так, наприклад, піки спостережень цих об'єктів по роках, місяцях і часу доби не збігаються. Якщо, припустимо, пік спостережень АЯ-НЛО припадає на 20-21 годину місцевого декретного часу, то для ШМ він лежить в діапазоні 12-16 годин. Теж можна сказати і про порівняльний розподіл досліджених об'єктів за часом існування. Багато спостереження очевидців, у тому числі ввійшли в наш порівняльний аналіз показують, що більшість НЛО в середньому спостерігаються протягом 1-19 хвилин, хоча відомі й багатогодинні спостереження. Для кульових блискавок середній час спостереження значно менше і максимум, відповідно, лежить в інтервалі 2-20 секунд, а спостережень протяжністю більше 4 хвилин ні в нашому порівняльному аналізі, ні в інших джерелах не відзначено. Мабуть, тривалість спостереження кульових блискавок визначається часом їх існування.
Необхідно відзначити різке відмінність між ШМ і НЛО в частині їх лінійних розмірів. Якщо розміри НЛО, за даними різних джерел, в тому числі і дистанційним приладовим вимірам, можуть досягати десятків і сотень метрів, то максимальні розміри ШМ лежать, в межах 1-3 метри. Кульові блискавки великих розмірів, як правило, не зустрічаються. Більшість же ШМ мають розміри 7-30 см.
Можна було б ще довго обговорювати відмінності між ШМ і НЛО, але і з вищесказаного можна зробити висновок, що ці об'єкти є різні класи явищ. А це означає, що, говорячи про ШМ і НЛО, не слід за кількома співпадаючим характеристикам намагатися пояснити "заодно" та інші особливості цих об'єктів.
Адже, строго кажучи, ні для ШМ, ні для НЛО в даний час немає жодної теорії, яка б повністю охоплювала весь комплекс притаманних цим феноменам характеристик і ефектів. Тому будь-які спроби проведення будь-яких кореляцій між ШМ і НЛО повинні базуватися на чітко встановлених закономірностях, а не на інтуїтивному "підтягуванні" зовні схожих фактів, що мають, можливо, абсолютно різну природу.
Які тільки моторошні історії не розповідають час від часу про витівки кульової блискавки. Це і оплавлений метал, і зігнуті в "баранячий ріг" здоровенні двотаврові балки, і закип'ячена за лічені секунди вода у величезних бочках, куди залітала не в міру цікава ШМ, і багато іншого. Чи можна хоч якось пояснити ці, часом далеко не безневинні "забави" вогняної кулі?
Не дивлячись на те, що феномен ШМ був відомий нашим предкам з найдавніших часів, наука, по суті справи, на сьогоднішній день не має поки жодного достатньо чіткого пояснення цього явища. У середні століття, скажімо, все було значно простіше - незрозумілі, і страшні явища автоматично ставилися до діяльності Сатани або Диявола. Та й зараз, не дивлячись на велику кількість накопичених фактів, відповідь на питання про фізичної сутності ШМ далекий від однозначного пояснення. Відомо, що кульова блискавка являє собою яскраво світиться освіта, нерухомо висить у повітрі або плавно і беззвучно пливе на невеликій висоті від поверхні Землі. Іноді ШМ закінчує своє існування тихо і спокійно, як ніби хтось її вимикає, а іноді вибухає з оглушливим гуркотом, розкидаючи, руйнуючи і корчить все знаходяться навколо предмети. Відомі випадки, коли під час вибуху ШМ ламалися, як сірники, телеграфні стовпи товщиною в 15 сантиметрів, рвалися товсті дроти ліній високовольтних передач. І це не випадково, так як давно відомі, що кульові блискавки дуже "небайдужі" до електрики і металевим провідникам. Описано навіть випадки, коли ШМ прямо з вулиці, за прихованою в стіні проводці, продиралися в квартиру, або як ні в чому не бувало, з'являлися ... з розетки електричної ланцюга.
Не одноразово дошкуляли кульові блискавки пілотам літаків і вертольотів. У рапортах льотчиків інший раз зустрічаються прямо-таки фантастичні описи витівок ШМ, хоча, не дивлячись на загадковість, повідомлення були строго документовані і розписані по хвилинах. Дивно, але факт, що кульова блискавка, в ряді випадків, незрозуміло яким чином і без будь-яких зусиль, проникає на борт літака, що летить на крейсерській швидкості, на висоті декількох кілометрів. Після проникнення на борт, ШМ, як правило, спрямовується прямо в кабіну пілотів або в пасажирський салон або до двигунів. Політавши там кілька десятків секунд, вона, або безшумно вилітає "на волю", або вибухає, виводячи з ладу прилади і змушуючи робити ризиковану вимушену посадку. Кілька разів після такої посадки льотчики знаходили в металевих бортах своїх машин дірки в кілька сантиметрів діаметром.
У березні 1991 року такий випадок стався в пасажирському літаку, що виконував короткий рейс за маршрутом Тбілісі - Сочі. У липні 1989 року в Ульяновську кульова блискавка "напала" на трамвай. На щастя, обійшлося без жертв. По команді водія пасажири встигли вчасно покинути вагон, і через кілька секунд під його днищем блиснула, притиснута до дороги ШМ. Пролунав звук роздирається металу, і корпус трамвая став розвалюватися як під ножем автогену. А через кілька секунд трамвай спалахнув вогнем, як бензинова каністра.
Можна було б навести ще безліч подібних і інших прикладів впливу ШМ на навколишнє середовище. І все одно перелік "витівок" цій примхливій "вогненної дами" був би далеко не повним. До слова, більшість спостережень ШМ так і не отримали переконливих пояснень щодо її фізичної сутності та "принципу дії". Зараз відомо, що ШМ з'являється під час грози і породжує її, мабуть, лінійна блискавка. Але чи все так просто? Відомі випадки, коли кульова блискавка з'являлася в повітрі як би нізвідки, в суху ясну погоду, коли на небі не було не хмаринки. Звідки ж вона тоді бралася? І чи була це кульова блискавка? А може, цей був якийсь таємничий об'єкт, просто зовні схожий на ШМ
Багато людей чомусь переконані, що кульова блискавка дуже гаряча, якраз має можливість світитися. Однак з 294 випадків близьких спостережень ШМ (з відстані менше 1 метра), за даними фізика І. Стаханова, в 269 випадках свідки не відзначали ніякого тепла. А в описаному випадку появи ШМ з кімнатної розетки, несподівана гостя навіть "осідлала" на кілька секунд палець на руці очевидця, але той крім легкого поколювання нічого не відчув. Отже, гіпотези, що пояснюють походження і енергію ШМ внутрішніми хімічними процесами, а тим паче високотемпературною плазмою (на зразок термоядерної реакції) далеко не завжди можуть пояснити фізичну природу кульової блискавки.
Не вдаючись у полеміку численних авторів гіпотез про ШМ, відзначимо, що поки не існує жодної, яка була б підтверджена прямими лабораторними дослідами отримання кульової блискавки в натуральну величину. Статистика показує, що діаметр кульової блискавки, як правило, буває в межах 7-30 сантиметрів.
Особливого розгляду потребують ті рідкісні випадки, коли об'єктами "нападу" кульових блискавок стають тварини і люди. На жаль, таких інцидентів відомо чимало. Так, в серпні 1927 року в селі сушину Псковської області, кульова блискавка, вибухнула при ударі об дуб, вбила п'ять корів і 22 вівці. Сам дуб розлетівся на друзки. В іншому випадку, кульова блискавка, не дочекавшись відправки тварин на бійню, особисто знищила 18 корів. Але бувають і ще більш трагічні події. У 1936 році в одному з уфимских колгоспів зв'язківець був убитий ШМ, що вискочила з ... телефонної трубки, яку він ремонтував. А в 1958 році раптово вискочив з електричної розетки куля діаметром 30-35 сантиметрів, обпалив шерсть собаки, потів вилетів з вікна будинку і убив людину, яка сиділа на вуличній лавці. Мабуть, "логіку" поведінки ШМ нам осягнути буде важко.
Не менш дивна історія відбулася з п'ятьма альпіністами 17 серпня 1978. Подолавши складний підйом на пік Трапеція, що на Північному Кавказі, спортсмени не змогли спуститися в цей же день з-за сильного снігопаду і туману. Ними було прийнято рішення зупинитися на нічліг трохи нижче вершини, на висоті 3900 метрів над рівнем моря. Насилу вся група розмістилася в одній маленькій наметі, залишивши все металеве спорядження в декількох метрах на снігу. Раптом серед ночі пролунали крики і стогони. Часом людей стрясали конвульсії, супроводжувані сильним болем. Дивом не постраждалий альпініст викликав по радіо рятувальників.
Вже в Московському опіковому центрі з'ясувалася, що за кілька секунд до нападу, один з альпіністів бачив якісь жовті сполохи. Він то і припустив, що це була кульова блискавка, хоча, як показав додаткове опитування, ніхто вогняної кулі візуально не бачив. Тим не менш, лікарі були здивовані тим, що на тілах деяких альпіністів зяяли величезні опіки III-IV ступеня (до 25 сантиметрів в довжину). Місцями людське м'ясо було просто випалено і обвуглені. Один аз спортсменів загинув, через шоку, так як у нього була випалена селезінка. Він єдиний, хто спав у цю ніч на килимку, ізолювати його від землі.
Після виписки альпіністів з лікарні додатковий огляд їх спорядження показав, що на наметі і в спальних місцях були якісь дивні отвори, діаметр яких збільшувався від 5 міліметрів до 10 сантиметрів у міру наближення до людських тіл. Походження цих отворів так і залишилося не з'ясованим, хоча кінці ниток светри в одного з альпіністів свідчили про те, що вони були чимось пропалені!
Як би там не було, але численні історії про "побачення" з кульовою блискавкою свідчать далеко не про миролюбних якостях її "характеру". На підставі ретельного вивчення особливостей таємничої "вогненної дами" були сформульовані основні правила безпеки при зустріччю з кульовою блискавкою.
Один з випадків виникнення кульової блискавки був описаний М.В. Ломоносовим, який детально досліджував на місці наслідки того, що сталося. Згаданий випадок стався 26-го липня 1752 р в Петербурзі в результаті невдалого експерименту, проведеного в Фізичної лабораторії Петербурзької Академії наук. Його проводив професор Г. В. Рихман. Метою даного експерименту було дослідження впливу грози на пристрій для вимірювання атмосферного електричного поля, винайдене самим професором. Погода сприяла проведенню експерименту: з ранку було душно, а до середини дня згустилися хмари, почалася гроза. Разом з Ріхманом в лабораторії знаходився його друг-гравер Академії наук.
Для того, щоб вловити блискавку, вимірювальне пристрій Рихмана було з'єднане з металевий стрижнем, який виходить на дах. Коли в стрижень потрапила блискавка, поблизу пристрою раптом з'явився світний блакитна куля розміром з кулак. Що стоїть за півкроку від пристрою Ріхман був убитий ударом прямо лоб. Пролунав гучний тріск, схожий на постріл. На гравер загорівся одяг від розжарився дроту від пристрою. Та все це не залишає ніяких сумнівів у тому, що Ріхман був убитий кульовою блискавкою.
Описаного вище події були свідки, які опинилися на вулиці поблизу лабораторії, які бачили, як в металевий стрижень на даху потрапила блискавка. Є також гравюра, зроблена гравером, очевидцем трагічної смерті Рихмана.
Інший випадок був описаний французьким фізиком Д'Араго, який у першій половині 19-го століття зібрав відомості про 30-ти випадках спостереження кульової блискавки. Ось один з них:
"Після сильного удару грому у відчинені двері влетіла біло-блакитна куляста маса діаметром 40 см і почала швидко рухатися по кімнаті. Вона підкотилася під табурет, на якому я сидів. І хоча вона виявилася у моїх ніг, тепла я не відчув. Потім кульова блискавка притягнула до батареї і зникла з різким шипінням. Вона оплавився ділянку батареї діаметром 6 мм, залишивши лунку глибиною 2мм ".
1. Загальне уявлення про кульової блискавки. 3
2. Спостереження кульової блискавки. 3
3. Зовнішній вигляд і властивості кульової блискавки. 11
4. Поведінка кульової блискавки. 12
5. Енергетика кульової блискавки. 13
6. Як виникає кульова блискавка. 13
7. Частота появ кульової блискавки. 15
8. Природа кульової блискавки. 16
9. Фізична природа кульової блискавки. 24
10. Гіпотеза квантової природи кульової блискавки. 25
11. Небезпека кульової блискавки. 29
12. Захист від кульової блискавки. 30
13. Рекомендації. 32
Список літератури .. 34
1. Загальне уявлення про кульової блискавки
У представленій роботі буде йти мова про один із самих цікавих - з точки зору фізики - явищ природи - кульової блискавки. Кульовою блискавкою прийнято називати світяться освіти, за формою нагадують кулю. Це явище виникає іноді під час грози в повітрі, частіше за все, поблизу поверхні. Завжди супроводжуючись звичайної блискавкою, кульова блискавка сильно відрізняється від неї і за своєю поведінкою, і за зовнішнім виглядом. На відміну від звичайної (лінійної) блискавки, кульова не супроводжується громом, вона практично безшумна. З іншого боку, кульова блискавка може існувати до кількох хвилин, тоді як звичайна блискавка характеризується короткочасністю. Поведінка кульової блискавки є абсолютно непередбачуваним. Абсолютно неможливо передбачити напрямок, в якому в наступну мить переміститься куля, що світиться і чим завершиться його появу (вибухом або простим зникненням).Існує безліч питань, що стосуються кульової блискавки. Яким чином вона потрапляє в закриті приміщення? Що служить передумовами для її появи? Чому вона світиться, але при цьому не випромінює тепла? З-за чого її форма настільки тривалий час залишається незмінною? Ці та деякі інші питання поки залишаються без відповіді.
2. Спостереження кульової блискавки
Не дивлячись на те, що велика кількість фактів про спостереження невпізнаних літаючих об'єктів (НЛО) з плином часу неухильно зростає, як і кількість гіпотез, які намагаються пояснити цей феномен, тим не менше, мабуть, проблема ще далека від будь-якого однозначного пояснення. Однак це не означає, що будь-яка, з висунутих гіпотез чи будь-яке твердження, що претендують на науковість, може бути прийнятна для пояснення феномена аномальних явищ.Серед безлічі гіпотез, які намагаються пояснити фізичну суть і природу НЛО, все частіше з'являється в різних варіантах ідея ототожнення непізнаних літаючих об'єктів з кульовою блискавкою (ШМ). Вперше ця думка була висловлена в 1980 році на сторінках книги "За межею законів науки" Імянітовим І.М. і Тихим Д.Я., в якій автори роблять спробу переконати читачів у тому, що кульові блискавки та НЛО явища одного порядку. Потім, через десять років у журналі "Хімія і життя" (N 10. 1990 р., с.49-51) кандидат технічних наук Месеняшін А.І. у статті "НЛО - це бульки?" знову підхоплює, як естафетну паличку, ідею згаданих авторів про ідентичність ШМ і НЛО, грунтуючись на зовнішній, у ряді випадків, схожості цих явищ. Подібну гіпотезу обстоював у той час і відомий письменник-фантаст Борис Стругацький.
Дійсно, при спостереженнях, особливо з великих відстаней, зовнішні ознаки ряду НЛО і ШМ можуть схожі. Часто серед тих і інших феноменів зустрічаються кулясті і яйцеподібні об'єкти з переважанням білого, жовтого, помаранчевого кольорів. НЛО і ШМ можуть беззвучно переміщатися, тяжіючи, в ряді випадків, до провідників і джерелам електричного струму, а часом і залишаючи сліди впливу на предметах або на грунті. Мають місце й інші подібні характеристики, властиві цим об'єктам. Але чи можна на підставі цих збігів стверджувати, що зазначені явища мають одну природу? Нам видається, що подібні заяви занадто поспішні і тому приносять більше шкоди, ніж користі.
Ще в 1982 році кандидат фізико-математичних наук, співробітник астрономічного інституту ім. П. К. Штернберга Гінділіс Л.М. і автор цієї статті провели порівняльний аналіз часового розподілу кульових блискавок і аномальних аерокосмічних явищ над територій СРСР. А через рік ця робота доповідалася на засіданні Ленінградської Комісії з аномальних явищ при Географічному суспільстві СРСР. В основу цієї роботи лягли повідомлення очевидців про 370 спостереженнях ШМ і 1584 спостереження аномальних явищ за період 1900-1980 рік.
Ці масиви досліджувалися за такими часовими характеристиками: років, місяців, часу доби, тривалості явищ. У результаті проведеного аналізу з'ясувалося, що знайдені закономірності в тимчасовому розподілі показують по всіх чотирьох вивченим характеристика суттєві відмінності між ШМ і НЛО. Так, наприклад, піки спостережень цих об'єктів по роках, місяцях і часу доби не збігаються. Якщо, припустимо, пік спостережень АЯ-НЛО припадає на 20-21 годину місцевого декретного часу, то для ШМ він лежить в діапазоні 12-16 годин. Теж можна сказати і про порівняльний розподіл досліджених об'єктів за часом існування. Багато спостереження очевидців, у тому числі ввійшли в наш порівняльний аналіз показують, що більшість НЛО в середньому спостерігаються протягом 1-19 хвилин, хоча відомі й багатогодинні спостереження. Для кульових блискавок середній час спостереження значно менше і максимум, відповідно, лежить в інтервалі 2-20 секунд, а спостережень протяжністю більше 4 хвилин ні в нашому порівняльному аналізі, ні в інших джерелах не відзначено. Мабуть, тривалість спостереження кульових блискавок визначається часом їх існування.
Необхідно відзначити різке відмінність між ШМ і НЛО в частині їх лінійних розмірів. Якщо розміри НЛО, за даними різних джерел, в тому числі і дистанційним приладовим вимірам, можуть досягати десятків і сотень метрів, то максимальні розміри ШМ лежать, в межах 1-3 метри. Кульові блискавки великих розмірів, як правило, не зустрічаються. Більшість же ШМ мають розміри 7-30 см.
Можна було б ще довго обговорювати відмінності між ШМ і НЛО, але і з вищесказаного можна зробити висновок, що ці об'єкти є різні класи явищ. А це означає, що, говорячи про ШМ і НЛО, не слід за кількома співпадаючим характеристикам намагатися пояснити "заодно" та інші особливості цих об'єктів.
Адже, строго кажучи, ні для ШМ, ні для НЛО в даний час немає жодної теорії, яка б повністю охоплювала весь комплекс притаманних цим феноменам характеристик і ефектів. Тому будь-які спроби проведення будь-яких кореляцій між ШМ і НЛО повинні базуватися на чітко встановлених закономірностях, а не на інтуїтивному "підтягуванні" зовні схожих фактів, що мають, можливо, абсолютно різну природу.
Які тільки моторошні історії не розповідають час від часу про витівки кульової блискавки. Це і оплавлений метал, і зігнуті в "баранячий ріг" здоровенні двотаврові балки, і закип'ячена за лічені секунди вода у величезних бочках, куди залітала не в міру цікава ШМ, і багато іншого. Чи можна хоч якось пояснити ці, часом далеко не безневинні "забави" вогняної кулі?
Не дивлячись на те, що феномен ШМ був відомий нашим предкам з найдавніших часів, наука, по суті справи, на сьогоднішній день не має поки жодного достатньо чіткого пояснення цього явища. У середні століття, скажімо, все було значно простіше - незрозумілі, і страшні явища автоматично ставилися до діяльності Сатани або Диявола. Та й зараз, не дивлячись на велику кількість накопичених фактів, відповідь на питання про фізичної сутності ШМ далекий від однозначного пояснення. Відомо, що кульова блискавка являє собою яскраво світиться освіта, нерухомо висить у повітрі або плавно і беззвучно пливе на невеликій висоті від поверхні Землі. Іноді ШМ закінчує своє існування тихо і спокійно, як ніби хтось її вимикає, а іноді вибухає з оглушливим гуркотом, розкидаючи, руйнуючи і корчить все знаходяться навколо предмети. Відомі випадки, коли під час вибуху ШМ ламалися, як сірники, телеграфні стовпи товщиною в 15 сантиметрів, рвалися товсті дроти ліній високовольтних передач. І це не випадково, так як давно відомі, що кульові блискавки дуже "небайдужі" до електрики і металевим провідникам. Описано навіть випадки, коли ШМ прямо з вулиці, за прихованою в стіні проводці, продиралися в квартиру, або як ні в чому не бувало, з'являлися ... з розетки електричної ланцюга.
Не одноразово дошкуляли кульові блискавки пілотам літаків і вертольотів. У рапортах льотчиків інший раз зустрічаються прямо-таки фантастичні описи витівок ШМ, хоча, не дивлячись на загадковість, повідомлення були строго документовані і розписані по хвилинах. Дивно, але факт, що кульова блискавка, в ряді випадків, незрозуміло яким чином і без будь-яких зусиль, проникає на борт літака, що летить на крейсерській швидкості, на висоті декількох кілометрів. Після проникнення на борт, ШМ, як правило, спрямовується прямо в кабіну пілотів або в пасажирський салон або до двигунів. Політавши там кілька десятків секунд, вона, або безшумно вилітає "на волю", або вибухає, виводячи з ладу прилади і змушуючи робити ризиковану вимушену посадку. Кілька разів після такої посадки льотчики знаходили в металевих бортах своїх машин дірки в кілька сантиметрів діаметром.
У березні 1991 року такий випадок стався в пасажирському літаку, що виконував короткий рейс за маршрутом Тбілісі - Сочі. У липні 1989 року в Ульяновську кульова блискавка "напала" на трамвай. На щастя, обійшлося без жертв. По команді водія пасажири встигли вчасно покинути вагон, і через кілька секунд під його днищем блиснула, притиснута до дороги ШМ. Пролунав звук роздирається металу, і корпус трамвая став розвалюватися як під ножем автогену. А через кілька секунд трамвай спалахнув вогнем, як бензинова каністра.
Можна було б навести ще безліч подібних і інших прикладів впливу ШМ на навколишнє середовище. І все одно перелік "витівок" цій примхливій "вогненної дами" був би далеко не повним. До слова, більшість спостережень ШМ так і не отримали переконливих пояснень щодо її фізичної сутності та "принципу дії". Зараз відомо, що ШМ з'являється під час грози і породжує її, мабуть, лінійна блискавка. Але чи все так просто? Відомі випадки, коли кульова блискавка з'являлася в повітрі як би нізвідки, в суху ясну погоду, коли на небі не було не хмаринки. Звідки ж вона тоді бралася? І чи була це кульова блискавка? А може, цей був якийсь таємничий об'єкт, просто зовні схожий на ШМ
Багато людей чомусь переконані, що кульова блискавка дуже гаряча, якраз має можливість світитися. Однак з 294 випадків близьких спостережень ШМ (з відстані менше 1 метра), за даними фізика І. Стаханова, в 269 випадках свідки не відзначали ніякого тепла. А в описаному випадку появи ШМ з кімнатної розетки, несподівана гостя навіть "осідлала" на кілька секунд палець на руці очевидця, але той крім легкого поколювання нічого не відчув. Отже, гіпотези, що пояснюють походження і енергію ШМ внутрішніми хімічними процесами, а тим паче високотемпературною плазмою (на зразок термоядерної реакції) далеко не завжди можуть пояснити фізичну природу кульової блискавки.
Не вдаючись у полеміку численних авторів гіпотез про ШМ, відзначимо, що поки не існує жодної, яка була б підтверджена прямими лабораторними дослідами отримання кульової блискавки в натуральну величину. Статистика показує, що діаметр кульової блискавки, як правило, буває в межах 7-30 сантиметрів.
Особливого розгляду потребують ті рідкісні випадки, коли об'єктами "нападу" кульових блискавок стають тварини і люди. На жаль, таких інцидентів відомо чимало. Так, в серпні 1927 року в селі сушину Псковської області, кульова блискавка, вибухнула при ударі об дуб, вбила п'ять корів і 22 вівці. Сам дуб розлетівся на друзки. В іншому випадку, кульова блискавка, не дочекавшись відправки тварин на бійню, особисто знищила 18 корів. Але бувають і ще більш трагічні події. У 1936 році в одному з уфимских колгоспів зв'язківець був убитий ШМ, що вискочила з ... телефонної трубки, яку він ремонтував. А в 1958 році раптово вискочив з електричної розетки куля діаметром 30-35 сантиметрів, обпалив шерсть собаки, потів вилетів з вікна будинку і убив людину, яка сиділа на вуличній лавці. Мабуть, "логіку" поведінки ШМ нам осягнути буде важко.
Не менш дивна історія відбулася з п'ятьма альпіністами 17 серпня 1978. Подолавши складний підйом на пік Трапеція, що на Північному Кавказі, спортсмени не змогли спуститися в цей же день з-за сильного снігопаду і туману. Ними було прийнято рішення зупинитися на нічліг трохи нижче вершини, на висоті 3900 метрів над рівнем моря. Насилу вся група розмістилася в одній маленькій наметі, залишивши все металеве спорядження в декількох метрах на снігу. Раптом серед ночі пролунали крики і стогони. Часом людей стрясали конвульсії, супроводжувані сильним болем. Дивом не постраждалий альпініст викликав по радіо рятувальників.
Вже в Московському опіковому центрі з'ясувалася, що за кілька секунд до нападу, один з альпіністів бачив якісь жовті сполохи. Він то і припустив, що це була кульова блискавка, хоча, як показав додаткове опитування, ніхто вогняної кулі візуально не бачив. Тим не менш, лікарі були здивовані тим, що на тілах деяких альпіністів зяяли величезні опіки III-IV ступеня (до 25 сантиметрів в довжину). Місцями людське м'ясо було просто випалено і обвуглені. Один аз спортсменів загинув, через шоку, так як у нього була випалена селезінка. Він єдиний, хто спав у цю ніч на килимку, ізолювати його від землі.
Після виписки альпіністів з лікарні додатковий огляд їх спорядження показав, що на наметі і в спальних місцях були якісь дивні отвори, діаметр яких збільшувався від 5 міліметрів до 10 сантиметрів у міру наближення до людських тіл. Походження цих отворів так і залишилося не з'ясованим, хоча кінці ниток светри в одного з альпіністів свідчили про те, що вони були чимось пропалені!
Як би там не було, але численні історії про "побачення" з кульовою блискавкою свідчать далеко не про миролюбних якостях її "характеру". На підставі ретельного вивчення особливостей таємничої "вогненної дами" були сформульовані основні правила безпеки при зустріччю з кульовою блискавкою.
Один з випадків виникнення кульової блискавки був описаний М.В. Ломоносовим, який детально досліджував на місці наслідки того, що сталося. Згаданий випадок стався 26-го липня 1752 р в Петербурзі в результаті невдалого експерименту, проведеного в Фізичної лабораторії Петербурзької Академії наук. Його проводив професор Г. В. Рихман. Метою даного експерименту було дослідження впливу грози на пристрій для вимірювання атмосферного електричного поля, винайдене самим професором. Погода сприяла проведенню експерименту: з ранку було душно, а до середини дня згустилися хмари, почалася гроза. Разом з Ріхманом в лабораторії знаходився його друг-гравер Академії наук.
Для того, щоб вловити блискавку, вимірювальне пристрій Рихмана було з'єднане з металевий стрижнем, який виходить на дах. Коли в стрижень потрапила блискавка, поблизу пристрою раптом з'явився світний блакитна куля розміром з кулак. Що стоїть за півкроку від пристрою Ріхман був убитий ударом прямо лоб. Пролунав гучний тріск, схожий на постріл. На гравер загорівся одяг від розжарився дроту від пристрою. Та все це не залишає ніяких сумнівів у тому, що Ріхман був убитий кульовою блискавкою.
Описаного вище події були свідки, які опинилися на вулиці поблизу лабораторії, які бачили, як в металевий стрижень на даху потрапила блискавка. Є також гравюра, зроблена гравером, очевидцем трагічної смерті Рихмана.
Інший випадок був описаний французьким фізиком Д'Араго, який у першій половині 19-го століття зібрав відомості про 30-ти випадках спостереження кульової блискавки. Ось один з них:
"Після сильного удару грому у відчинені двері влетіла біло-блакитна куляста маса діаметром 40 см і почала швидко рухатися по кімнаті. Вона підкотилася під табурет, на якому я сидів. І хоча вона виявилася у моїх ніг, тепла я не відчув. Потім кульова блискавка притягнула до батареї і зникла з різким шипінням. Вона оплавився ділянку батареї діаметром 6 мм, залишивши лунку глибиною 2мм ".
3. Зовнішній вигляд і властивості кульової блискавки
1. По-перше, чому їх називають кульовими? Переважна більшість свідків говорять, що бачили кулю. Щоправда, трапляються й інші форми - гриб, груша, крапля, тор, лінза або просто безформні туманообразного згустки.2. Колірна гамма досить різноманітна - блискавка може бути жовта, помаранчева, червона, біла, блакитнувата, зелена, від сірого до чорного. До речі, є багато документальних підтверджень, що вона буває неоднорідного кольору або здатна його міняти.
3. Найбільш типовим для кульових блискавок є розмір від 10 до 20 см. Рідше зустрічаються розміри від 3 до 10 см та від 20 до 35 см.
4. З приводу температури думки фахівців розходяться. Найчастіше згадується 100-1000 градусів Цельсія. Блискавка здатна проплавили скло, пролетівши через вікно.
5. Щільність енергії - це величина енергії, що припадає на одиницю об'єму. У кульової блискавки вона рекордна. Ті катастрофічні наслідки, які ми іноді спостерігаємо, не дають можливості в цьому засумніватися.
6. Інтенсивність і час світіння коливаються від декількох секунд до декількох хвилин. Кульова блискавка може світити, як звичайна лампочка в 100 Вт, але іноді вона може засліпити.
7. Поширена думка про те, що кульова блискавка пливе, повільно обертаючись, зі швидкістю 2-10 м / сек. Наздогнати людини, що біжить для неї не складає труднощів.
8. Свої візити блискавка зазвичай закінчує вибухом, іноді розпадається на кілька частин або просто згасає.
4. Поведінка кульової блискавки
З впевненістю можна сказати тільки одне: кульова блискавка любить проникати в будинки. Хоча іноді не робить цього, незважаючи на те, що має непогані шанси. Літає в залежності від зовнішніх умов. Вона схильна до різноманітних впливів, починаючи від земного тяжіння і закінчуючи електромагнітним полем. Ось яке буде переважати, так вона і полетить. Сказати точно, що вона притягується до металевих предметів не можна, але все одно при її появі за метал краще не хапатися. Кватирки теж краще закрити, адже протяг - одна з найсильніших напрямних сил (але проти вітру ШМ теж літати вміє). Чи є скла захистом від ШМ - не відомо. Існують фотографії скляних кіл, що залишилися після її візиту. Чи допоможуть тут штори - теж загадка. Але по всій видимості повинні. А ось відсутність протягу не дає гарантію. Вона вміє проникати в будь-які, самі непомітні щілини, "перетворюючись при цьому з сосиску". Однак, швидше за все вилітати подібним чином вона не буде. Перешкоди на шляху ШМ не лякають. Але в більшості випадків її торкання з чимось закінчується для неї погано. Підсумок тут такий: в силу своїх властивостей якісь предмети ШМ облітає, причому з завидною акуратністю, а в які-то врізається, як ніби незаметлів. І передбачити це неможливо.5. Енергетика кульової блискавки
Проаналізувавши наслідки, залишені кульовою блискавкою після свого зникнення, можна оцінити її найменша кількість енергії. Використовуємо дані повідомлення одного зі спостерігачів: "Вона оплавився ділянку батареї діаметром 6 мм, залишивши лунку глибиною 2 мм".Значить, блискавка випарував близько 0,45 г заліза, витративши при цьому енергію, що дорівнює 4 кДж. Ясно, що далеко не вся енергія кульової блискавки була витрачена на випаровування невеликої ділянки батареї. Виходячи з цього можна зробити висновок про нижній межі енергії блискавки: ця енергія виявляється в межах декількох кілоджоулів.
В іншому повідомленні було зазначено, що дерев'яна причальна паля діаметром 30 см що стирчить з води була розщеплена на довгі тріски вздовж волокон кульовою блискавкою діаметром 30 см.
З цього випливає, що кульова блискавка діаметром 25 см має енергію в межах приблизно 100 кДж. Така оцінка узгоджується з результатами досить великої кількості спостережень, тому її можна вважати цілком правдоподібною.
6. Як виникає кульова блискавка
Терміном "кульова блискавка" визначається одиночна світиться стабільна і порівняно невелика маса повітря, яка спостерігається в атмосфері, пов'язана з грозовими явищами і природної блискавкою.Одним з вражаючих факторів для кульової блискавки є аеротоксіческій. Блискавка часом виділяє настільки токсичні речовини, що люди отруюються ними надзвичайно швидко. Люди не згорали і не отримували поразки від електричного розряду, а були отруєні речовинами, які виділяються кульовою блискавкою.
У Ставропльском краю під час грози вогненний куля завбільшки з футбольний м'яч, підстрибуючи, котився по вулиці. При зіткненні з землею він вибивав ями півметра в глибину і півтора в діаметрі. У результаті куля зрешетив всю вулицю протягом двох кварталів, потім з шумом розірвався і вогненної струменем пішов у небо.
Одне з властивостей кульової блискавки - якраз її схильність реактивному ефекту. Коли в якій-небудь частині кульової блискавки енергія виділяється, то саме тут виділяється реактивний ефект. Треба відзначити, що коли блискавка спускалася до землі, то частина її енергії виділялася у вигляді вибуху, які і викликали появу вищеописаних ям.
Кульова блискавка має високу температуру у своїй внутрішній частині, але зовні її оболонка може бути зовсім холодною. Зареєстровано багато випадків, коли блискавка була на якомусь предметі, проходила через щілини, але не залишила жодних слідів, у той час як чимало випадків, коли така ж блискавка розплавляли граніт, грунт, метали тощо Не виключено, що і людина могла бути просто спопелив, випаровування блискавкою.
Одним з пояснень виникнення кульової блискавки може бути плазмовий заряд при інтерференції електромагнітних хвиль виникають при грозових розрядах. Експериментальну перевірку цього припущення провели фізики Токійського університету І. Оцуки і Х. Офуруто. Пятікіловаттний магнетрон генерував електромагнітне випромінювання на частоті 2,45 ГГц, яке прямувало на резонатор перетином 161х370 мм. Була сформована стояча хвиля з шістьма вузлами. У цих вузлах - областях максимальної інтенсивності поля - виникали плазмові розряди різного виду, які часом зберігалися 1-2 з після виключення генератора. Розряди були нерухомими або переміщувалися, і своєю поведінкою дуже нагадували кульову блискавку. Так, плазмове утворення світилося поперемінно білим, синім, червоним, оранжевим кольором, мимовільно виходило за межі порожнини резонатора, по хвилеводу якого надходила енергія.
Ще більша схожість з кульовою блискавкою проявилося і тоді, коли на виході з резонатора була поміщена керамічна пластинка товщиною 3 мм. Плазмове освіта проникло за її межі, нітрохи її не пошкодивши. Саме так проникає кульова блискавка через різні діелектрики, наприклад, скло.
Коли в резонатор був поміщений мідний прут, вздовж якого прямував потік повітря, то плазмові розряди переміщалися по пруту проти руху повітря.
Існує і така версія, запропонована фізиками з Геттінгена і заснована на строгих розрахунках. Вони вважають, що загадкові вогняні кулі зобов'язані своїм появам ударам блискавки в грунт, при яких можливі загоряння різних органічних об'єктів. Це може бути деревина, трава, пух та інше. При цьому нагрів настільки великий, що миттєво запалало органіка стає згустком плазми, що породжує кульову блискавку.
7. Частота появ кульової блискавки
Вважається, що кульова блискавка - це досить рідкісне природне явище, оскільки є не так вже й багато випадків її спостереження. Але не слід плутати частоту її спостережень з частотою появ, і робити висновок про те, що кульова блискавка рідко виникає.Згідно одній гіпотезі, кульова та лінійна блискавки з'являються з приблизно однаковою частотою. Звичайна блискавка яскраво спалахує, завдяки чому добре помітна за кілометри і навіть десятки кілометрів, і крім того завжди супроводжується гуркотом грому. Кульова блискавка, звичайно, далеко не так помітна, тому що вона рухається практично безшумно, і являє собою порівняно невеликий куля, що світиться, яскравістю приблизно як 50-ватна лампочка. Побачити його можна на невеликій відстані. Кульову блискавку спостерігають, в основному, недалеко від земної поверхні (на висоті від метра до десятків метрів), тому вона легко може сховатися за тими чи іншими об'єктами.
Припустимо, що кульова блискавка дійсно виникає в місці удару звичайної блискавки, яке рідко можна спостерігати в безпосередній близькості. Вважається, що кульова блискавка найчастіше закінчує своє існування вибухом (як уже згадувалося, в 55% випадків). Однак ці 55% ставляться до випадків спостереження, а не випадків появи. Можна припустити, що блискавка значно частіше закінчує своє існування спокійно, без вибуху, адже при цьому ми просто можемо її не помітити.
Спостерігач зможе побачити лише ті кульові блискавки, які або наблизилися до нього, або випадково виникли біля нього. Але навряд чи хтось зможе роздивитися невеликий світиться кулька на відстані в кілька кілометрів. Отже, цілком можливо, що кульова блискавка - не таке вже й рідкісне явище. Звичайно, це всього лише припущення. В даний час ми не можемо її підтвердити, проте у нас немає підстав її відкинути.
8. Природа кульової блискавки
Природа кульової блискавки поки залишається нерозгаданою. Це треба пояснити тим, що кульова блискавка - рідкісне явище, а оскільки до цих пір немає вказівок на те, що явище кульової блискавки вдалося переконливо відтворити в лабораторних умовах, вона не піддається систематичному вивченню. Було висловлено багато гіпотетичних припущень про природу кульової блискавки [1, 2], але те, про яке піде мова в цій замітці, мабуть, ще не висловлювалося. Головне, чому на нього слід звернути увагу, це те, що його перевірка призводить до цілком певного напрямку експериментальних досліджень. Нам думається, що раніше висловлені гіпотези про природу кульової блискавки неприйнятні, оскільки вони суперечать закону збереження енергії. Це відбувається тому, що свічення кульової блискавки зазвичай відносять за рахунок енергії, що виділяється при будь-якому молекулярному чи хімічному перетворенні, і, таким чином, припускають, що джерело енергії, за рахунок якого світиться кульова блискавка, знаходиться в ній самій. Це зустрічає наступне принципове утруднення.З основних вимог сучасної фізики слід, що потенційна енергія молекул газу в будь-якому хімічному або активному стані менше тієї, яку потрібно затратити на дисоціацію й іонізацію молекул. Це дає можливість кількісно встановити верхню межу енергії, яка може бути запасена в газовому кулі, заповненому повітрям і розмірами з кульову блискавку.
З іншого боку, можна кількісно оцінити інтенсивність випромінювання з її поверхні. Такого роду приблизні обчислення показують, що верхня межа часу висвічування виходить багато менше дійсно спостерігається у кульових блискавок. Цей висновок тепер також підтверджується дослідним шляхом з опублікованих даних [3] про час висвічування хмари після ядерного вибуху. Таке хмара відразу після вибуху, безсумнівно, є повністю іонізованої масою газу, і тому його можна розглядати як укладає в собі граничний запас потенційної енергії. Тому, здавалося б, воно повинно відображатися за час більше, ніж найбільш тривало існуюча кульова блискавка подібного розміру, але насправді цього немає.
Оскільки запасена енергія хмари пропорційна обсягу (dі), а випускання - поверхні (dі), то час висвічування енергії з кулі буде пропорційно d, його лінійного розміру. Повністю хмара ядерного вибуху при діаметрі d, що дорівнює 150 м, висвічується за час, менший, ніж 10 с [3], так що куля діаметром в 10 см висвітиться за час, менший, ніж 0,01 с. Але насправді, як зазначається в літературі, кульова блискавка таких розмірів найчастіше існує кілька секунд, а іноді навіть хвилину [1,2].
Таким чином, якщо в природі не існує джерел енергії, ще нам не відомих, то на підставі закону збереження енергії доводиться прийняти, що під час свічення кульової блискавки безперервно підводиться енергія, і ми змушені шукати це джерело енергії поза об'ємом кульової блискавки. Оскільки кульова блискавка зазвичай спостерігається "висить" у повітрі, безпосередньо не стикаючись з провідником, то найбільш природний і, мабуть, єдиний спосіб підведення енергії - це поглинання нею приходять ззовні інтенсивних радіохвиль.
Приймемо таке припущення за робочу гіпотезу і подивимося, як узгоджуються з нею найбільш характерні з описаних явищ, супроводжуючих кульову блискавку [1, 2, 4].
Якщо порівняти поведінку кульової блискавки із світиться хмарою, що залишилися після ядерного вибуху, то впадає в очі наступна суттєва різниця. Після свого виникнення хмара ядерного вибуху безперервно росте і безшумно гасне. Кульова блискавка в продовження всього часу світіння залишається постійних розмірів і часто пропадає з вибухом. Хмара ядерного вибуху, будучи наповнене гарячими газами з малою щільністю, спливає в повітря і тому рухається тільки вгору. Кульова блискавка іноді стоїть нерухомо, іноді рухається, але цей рух не має переважного напрямку стосовно землі і не визначається напрямом вітру. Тепер покажемо, що ця характерна різниця добре пояснюється висунутою гіпотезою.
Відомо, що ефективне поглинання електромагнітних коливань іонізованних газовою хмарою - плазмою - може відбуватися тільки при резонансі, коли власний період електромагнітних коливань плазми збігається з періодом поглинається випромінювання. При тих інтенсивностях іонізації, які відповідальні за яскраве світіння кулі блискавки, резонансні умови цілком визначаються його зовнішніми розмірами.
Якщо вважати, що поглинається частота відповідає власним коливань сфери, то потрібно, щоб довжина До поглинається хвилі була приблизно дорівнює чотирьом діаметрам кульової блискавки (точніше, λ = 3,65 d). Якщо в тому ж обсязі іонізація газу слабка, то тоді, як відомо, період коливань плазми в основному визначається ступенем іонізації, причому відповідна резонансна довжина хвилі завжди буде більше, ніж та, яка визначається розмірами ионизованного об'єму і, як ми вказали, дорівнює 3, 65d.
При виникненні кульової блискавки механізм поглинання можна собі уявити так: спершу є невеликий в порівнянні з (π / 6) · d ³ об'єм плазми, але якщо іонізація його буде слабка, то все ж резонанс з хвилею довжини λ = 3,65 d буде можливий і станеться ефективне поглинання радіохвиль. Завдяки цьому іонізація буде рости, а з нею і початковий обсяг сфери, поки вона не досягне діаметру d. Тоді резонансний характер процесу поглинання буде визначатися тільки формою кульової блискавки, і це призведе до того, що розмір сфери кульової блискавки стане стійким.
Дійсно, припустимо, що інтенсивність поглинаються коливань збільшується; тоді температура іонізованого газу дещо підвищиться і сфера роздується, але таке збільшення виведе її з резонансу і поглинання електромагнітних коливань зменшиться, сфера охолоне і повернеться до розмірів, близьким до резонансних. Таким чином можна пояснити, чому спостережуваний діаметр кульової блискавки в процесі світіння залишається постійним ..
Розміри спостережуваних кульових блискавок лежать в інтервалі від 1 до 27 см [4]. Згідно з нашою гіпотезою, ці величини, помножені на чотири, дадуть той діапазон хвиль, який відповідальний в природі за створення кульових блискавок. Найбільш часто спостерігаються діаметрам кульових блискавок від 10 до 20 см [1] відповідають довжини хвиль від 35 до 70 см.
Місцями, найбільш сприятливими для утворення кульових блискавок, очевидно, будуть області, де радіохвилі досягають найбільшої інтенсивності. Такі місця будуть відповідати пучностям напруги, які виходять при різноманітних можливих інтерференційних явищах. Завдяки підвищеному напрузі електричного поля в пучностях, їх положення буде фіксувати можливі місця кульової блискавки. Такий механізм приводить до того, що кульова блискавка буде пересуватися з пересуванням пучності, незалежно від напрямку вітру чи конвекційних потоків повітря [1, 2].
Як можливий приклад такого фіксованого положення кульової блискавки розглянемо випадок, коли радіохвилі падають на провідну поверхню землі і відображаються. Тоді завдяки інтерференції утворюються стоячі хвилі і на відстанях, рівних К, довжині хвилі, помноженої на 0,25; 0,75; 1,25; 1,75; і т. д., будуть утворюватися нерухомі в просторі пучності, в яких напруга електричного поля подвоюється в порівнянні з падаючою хвилею. Поблизу цих поверхонь завдяки підвищеному напрузі будуть сприятливі умови як для створення початкового пробою, так і для подальшого розвитку і підтримки іонізації в хмарі, що утворює кульову блискавку. Таким чином, поглинання електромагнітних коливань іонізованних газом може відбуватися тільки в певних поверхнях, паралельних рельєфу землі. Це і буде фіксувати в просторі положення кульової блискавки.
Такий механізм пояснює, чому кульова блискавка зазвичай створюється на невеликій відстані від землі і часто пересувається в горизонтальних площинах. При цьому найменша відстань центру кульової блискавки до провідної поверхні буде равно1 / 4 довжини хвилі і, отже, зазор між поверхнею, що відбиває і краєм кулі повинен бути приблизно дорівнює його радіусу.
При інтенсивних коливаннях цілком можливо, щоб у ряді пучностей утворювалися окремі кульові блискавки, на відстані напівдовгому хвилі один від одного. Такі ланцюжки з кульових блискавок спостерігаються, вони носять назву "четочная" блискавок і навіть були зняті [2].
Наша гіпотеза також може пояснити, чому іноді кульова блискавка пропадає з вибухом, який не завдає руйнувань [1, 2]. Коли підведення потужності раптово припиняється, то при малих розмірах остигання кулі відбудеться так швидко, що утворюється сфера розрідженого повітря, при швидкому заповненні якої виникає ударна хвиля невеликої сили. Коли ж енергія повільно висвічується, гасіння буде процесом спокійним і безшумним.
Висунута нами гіпотеза може дати задовільне пояснення, мабуть, найбільш незрозумілому з властивостей кульової блискавки - її проникненню в приміщення через вікна, щілини і частіше через пічні труби. Потрапивши у приміщення, куля, що світиться протягом кількох секунд або ширяє, або бігає по проводах [1, 2, 4]. Таких випадків описано стільки, що їх реальність не викликає сумніву.
З нашої точки зору, дуже цікавий випадок [5], коли в аероплан, що перетинає грозову хмару на висоті 2800 м, влетіла кульова блискавка. Нашої гіпотезою всі ці явища пояснюються тим, що проникнення в замкнуті приміщення кульових блискавок відбувається завдяки тому, що вони йдуть по шляху короткохвильових електромагнітних коливань, що поширюються або через отвори, або за пічних труб або проводів як по волноводам. Зазвичай розмір пічної труби якраз відповідає тому критичного перерізу хвилеводу, в якому можуть вільно поширюватися хвилі завдовжки до 30-40 см, що і знаходиться у відповідності з спостерігаються розмірами кульових блискавок, проникаючих в приміщення [1].
Таким чином, гіпотеза про походження кульової блискавки за рахунок короткохвильових електромагнітних коливань може пояснити не тільки ряд інших відомих і незрозумілих явищ, пов'язаних з кульовою блискавкою, як-то: її фіксовані розміри, малорухливе становище, існування ланцюжків, вибухова хвиля при зникненні, - але також її проникнення в приміщення.
Тут слід поставити питання: чи не відбувається давно спостерігається в природі явище тліючого кістеобразного світіння, званого "вогні св. Ельма", також за рахунок електромагнітних коливань, але більш слабких потужностей? До цих пір [6] це світіння пояснювалося стіканням зарядів з вістря, що відбувається завдяки постійній напрузі, що виникає при великих різницях потенціалів між землею і хмарою. Таке пояснення було цілком природно до тих пір, поки це світіння спостерігалося на землі, де можна вказати замкнутий шлях постійного струму, але тепер описані випадки, коли "вогні св. Ельма" тривалий час спостерігаються на фюзеляжах летять літаків [7]. Тому можливо, що і тут висунута нами гіпотеза може допомогти вирішенню цієї проблеми.
Хоча висунута гіпотеза успішно дозволяє ряд основних труднощів розуміння процесу кульової блискавки, все ж варто зазначити, що цим ще питання до кінця не вирішується, тому що потрібно ще показати існування в природі електромагнітних коливань, що живлять кульову блискавку. Тут в першу чергу потрібно відповісти на природно виникає питання: чому під час грози випромінювання електромагнітних коливань у області тієї довжини хвилі, яка потрібна для створення кульової блискавки, до цих пір не описані в літературі?
Поки ще не було спрямовано увагу на виявлення під час грози цих хвиль, нам здається, можна припустити наступне. Оскільки кульова блискавка - рідкісне явище, то природно вважати, що виникнення відповідних радіохвиль теж рідко відбувається, крім того, ще рідше можна очікувати, щоб вони потрапляли на приймальні апарати в тій короткохвильової області радіохвиль від 35 до 70 см, яка поки що порівняно мало використовується . Тому як наступний крок перевірки висунутих припущень слід виробити відповідний експериментальний метод спостереження, спробувати виявити під час грози радіовипромінювання в зазначеному короткохвильовому діапазоні хвиль.
Що стосується джерела цих радіохвиль, то, мабуть, є два факти у спостереженнях над кульовими блискавками, які можуть допомогти пролити світло на механізм їх виникнення. Один з них - те, що кульова блискавка найбільш часто виникає до кінця грози; другий - те, що кульової блискавки безпосередньо передує звичайна.
Перший факт вказує, що наявність ионизованного повітря допомагає створенню радіохвиль, а другий - що збудником цих коливань є грозовий розряд. Це веде до природного припущенням, що джерелом радіохвиль є коливальний процес, що відбувається в іонізованої атмосфері або у хмари, або у землі. В останньому випадку, якщо джерело знаходиться біля землі, то район, захоплений інтенсивним радіовипромінюванням, буде обмежений і буде безпосередньо прилягати до місця, де знаходиться кульова блискавка. Інтенсивність радіоколебаній може швидко падати при видаленні від цього місця, і тому на значних відстанях для спостереження буде потрібна чутлива апаратура. Якщо радіохвилі випромінюються самої грозовою хмарою, то вони будуть захоплювати великі райони і їх виявлення навіть малочутливою приймачем не представить праці.
Нарешті, як друге можливий напрямок для експериментальної перевірки висунутої гіпотези треба вказати на можливість створення розряду, подібного кульової блискавки, в лабораторних умовах. Для цього, очевидно, потрібно розташовувати потужним джерелом радіохвиль безперервної інтенсивності в дециметровому діапазоні і вміти їх фокусувати в невеликому обсязі. При достатньому напруженні електричного поля повинні виникнути умови для безелектродного пробою, який шляхом іонізаційного резонансного поглинання плазмою повинен розвинутися в куля, що світиться з діаметром, рівним приблизно чверті довжини хвилі.
Можна виділити дві групи гіпотез, що стосуються фізичної природи кульової блискавки. Згідно першої групи припущень, кульова блискавка безперервно отримує енергію ззовні. Гіпотези, згідно з якими кульова блискавка після свого виникнення стає самостійно існуючим об'єктом утворюють іншу групу. Проте всі ці гіпотези не можна назвати правдоподібними, хоча на перший погляд вони справляють таке враження.
У 1974 р І.П. Стахановим була запропонована так звана кластерна гіпотеза, згідно з якою фізичну природу кульової блискавки можна пояснити на основі поняття кластер.
Кластер - це позитивний чи негативний іон, оповитий щільним хмарою з нейтральних молекул. Розглянемо молекулу води. Вона є полярною молекулою, оскільки центри її позитивних зарядів не збігаються з центрами негативних зарядів. Вона в силу своєї полярності утримується поблизу іонів силами електростатичного притягання. Гідратовані називається іон, оточений молекулами води. Відповідно до гіпотези Стаханова, речовина кульової блискавки складається з таких комплексів.
Таким чином, кластерна гіпотеза Стаханова стверджує, що кульова блискавка - це самостійно існуюче тіло (тобто тіло, до якого не підводиться енергія від зовнішніх джерел. Це тіло складається з важких позитивних і негативних іонів, рекомбінація яких серйозно уповільнена через гідратації іонів.
На відміну від інших, ця гіпотеза досить добре пояснює всі властивості кульової блискавки, які були виявлені в результаті численних спостережень за цим явищем. І все ж потрібно визнати, що поки це - всього лише одна з правдоподібних гіпотез тільки гіпотеза, яка не підтверджена ніякими фактами.
Природа кульової блискавки до цих пір залишається загадкою. П.Л. Капіцею, більше 40 років тому, була запропонована резонансну модель кульової блискавки. У ній, вперше, виникнення і стійкість кульової блискавки пояснюється впливом короткохвильових резонансних електромагнітних коливань під час грози на рух іонів. Резонансна модель П.Л. Капіци пояснивши багато, не пояснила причин виникнення та існування інтенсивних короткохвильових електромагнітних коливань під час грози.
У даній роботі на основі ряду положень про те, що: всередині кульової блискавки існує резонансне короткохвильове електромагнітне випромінювання (довжина хвилі l порівнянна з її геометричними розмірами d найбільш стійкими станами руху в природі є резонансні], характер яких єдиний і не залежить від природи взаємодіючих тіл нестійкі стану в статиці можуть стати стійкими в динаміці (пастки для заряджених частинок, перевернутий маятник П. М. Капіци поза та в зонах параметричного резонансу, системи з одного, двох і більше намагнічених гіроскопів при резонансі)
Відхилення ЛМ від вертикального положення спостерігається регулярно. Відбувається це через те, що провідність атмосфери нерівномірна, оскільки неоднорідний хімічний склад, щільність і вологість повітря. Можна також часто бачити, як від основного каналу блискавки відриваються бічні рукави, які майже миттєво зникають в атмосфері. Деякі з них потрапляють в сприятливі для появи ШМ умови. Відхилення ЛМ можуть відбутися і при ударі її об поверхню Землі, дерево або опору ЛЕП. Що ж при цьому відбувається?
При відхиленні ЛМ від вертикального положення в східному або західному напрямках вона потрапляє під вплив схрещених магнітного і електричного полів Землі. Електрони плазми в каналі блискавки, обертаючись під дією магнітного поля по ларморовской радіусу (під дією сил Лоренца), одночасно виштовхуються електричним полем із плазми за межі хмари позитивних іонів. Якщо при цьому сили електростатичного притягання між іонами і електронами виявляються рівними відцентровим, то електрони потрапляють на стійкі квантовані (з Квазікласичне наближенням) орбіти навколо хмари іонів і стискають його в магнітній пастці.
Таке довгоживучі освіта може мати великий спектр величин збереженої енергії (у кількох її видах). Найсуттєвішу її частину складає потенційна електростатична енергія розділених зарядів.
Подивимося, як узгоджується передбачувана модель ШМ з умовами в атмосфері Землі. Силові лінії магнітного поля Землі спрямовані з півночі на південь. Магнітна індукція його коливається в межах 3.10 -5 ... 7.10 -5 Тл. Напруженість електричного поля, спрямованого вертикально - від 2,5 до 130 В / м і може досягати під час грози набагато більших величин.
Розраховуючи умова рівноваги оболонок на орбітах для найбільш поширеного випадку спостерігається ШМ діаметром 10 см, отримаємо такі дані: швидкість електронів на орбітах - 80м / с (порівняйте, швидкість електронів в каналі ЛМ - ≤ 10 5 м / с); магнітна індукція для отримання ларморівського радіуса 5см при швидкості електронів 80м / с повинна бути 10 -8 Тл (порівняйте, магнітне поле Землі - 3.10 -5 Тл). Таким чином, для утворення ШМ необхідно, щоб швидкість електронів в ЛМ вельми сповільнилася, а магнітна індукція Землі була б сильно ослаблена.
Уповільнення швидкості електронів цілком можливо при відхиленні рукави ЛМ від основного каналу. Що ж стосується ослаблення магнітної індукції, то воно може відбутися лише поблизу каналу ЛМ, як результат впливу її вихрового магнітного поля, оскільки вона є струм, який може досягати величини 4.10 4 А.
Розрахунок також показує, що для утворення однієї електронної оболонки ШМ (прийнятої величини) необхідно приблизно 2.10 9 електронів (виходячи з принципу Паулі). А для того, щоб конструкція ШМ була стійка до магнітного поля Землі, таких оболонок необхідно близько 10 3. У цьому випадку іонізація плазми складе всього близько 1%, що цілком реально при таких температурах.
Стан матерії, що досягається поділом зарядів і утворенням стійкої конфігурації з рухом електронів в оболонках навколо хмари позитивних іонів, вже не може називатися плазмою, оскільки порушена її квазінейтральності. Разом з тим, при руйнуванні ШМ речовина знову проходить стан плазми. При цьому виділяється теплова енергія, яка була законсервована роботою електричного поля в потенційної енергії поділу зарядів і в русі електронів на орбітах.
Законсервована енергія магнітного та електричного полів у ШМ може виділятися при її руйнуванні не тільки у вигляді тепла, але і ще в двох унікальних проявах.
Так, якщо товщина (кількість) електронних оболонок значна, то зв'язок зовнішніх оболонок з "ядром" з іонів ослаблена, і вони можуть ініціювати потужний імпульс струму, зіткнувшись з провідником. При цьому ШМ спочатку частково розрядиться, а потім забере цей заряд назад. При повному її руйнування також виникає подвійний імпульс струму: розряджається спочатку оболонка з електронів, а потім іони з "ядра" забирають ці електрони назад і рекомбінують з виділенням тепла.
Крім цього, ШМ може "працювати" і як вакуумна бомба. Справа в тому, що початкова температура атомів і іонів усередині оболонки з електронів, що служить непроникним бар'єром для атомів і електронів як зсередини, так і зовні, не може через втрати на випромінювання довго зберігатися. Розрядження, яке з'являється при цьому всередині оболонки, збільшується до тих пір, поки вона не буде роздавлена різницею тисків і не схлопнется (це і визначає час життя ШМ). Якщо товщина оболонки невелика, то схлопування відбудеться м'яко, без особливих ексцесів (як у більшості спостережуваних випадках), але якщо ця товщина значна, то схлопування набуває характеру вибуху, викликаючи сильні руйнування. Вибух відбувається на тлі імпульсу струму на провідник і виділення теплової енергії рекомбінації іонів.
Необхідно вказати на можливе різноманітність хімічного складу ШМ (на що виразно вказує колір випромінювання). Швидкість електронів в ЛМ коливається в широкому діапазоні, отже, і температура плазми також має різні значення, що визначає, у свою чергу, атоми яких газів можуть брати участь в утворенні ШМ.
Отже, оскільки для її появи потрібні особливі передумови в атмосфері Землі, кульова блискавка, по-перше, досить рідкісне явище, і, по-друге, не отримана (хоча б випадково) в лабораторії. Остання здійсненне лише при створенні ряду необхідних умов, а саме:
Наявність ослабленого магнітного поля поперек руху плазми за величиною, що розраховується ШМ (за кількістю атомів і молекул при передбачуваній температурі);
створення сильного електричного поля, схрещеного з магнітним і з напрямком руху плазми;
подовження часу життя плазми (наприклад, за допомогою перезарядок на багатоелектронних іонах), щоб воно було більше часу дрейфу електронів до потрапляння їх в оболонку під дією електричного поля;
створення рухається плазми в схрещених магнітному та електричному полях. Для цього необхідна спеціальна лабораторна установка (наприклад, на кшталт описаної в книзі В. Г. Чейса і Г. К. Мура "вибухають, зволікання" М. 1963) і легований матеріал (метал з домішками), що має малу роботу плавлення, випаровування та іонізації .
Як правило кульова блискавка проходить повз провідних об'єктів, в тому числі і повз людини. Температура на поверхні блискавки приблизно дорівнює звичайній кімнатній температурі, а якщо і перевищує її, то ненабагато (не більше ніж на 100 К). Це випливає з того, що деякі випадки контакту з блискавкою не приводили ні яким травм. В інших випадках дотик давало опіки, хоча й болючі, але далеко не смертельні. Усередині кульової блискавки температура вище, ніж на її поверхні, проте швидше за все вона не перевищує 300 ... 400 ° С.
Як випливає з вищесказаного, не варто перебільшувати небезпеку, яку несе в собі кульова блискавка. Практика показує, що лінійна блискавка є набагато більш небезпечним природним явищем.
Тоді у грамотних людей віра в громовідвід була вищою, ніж у чаклунів віра в силу талісманів та оберегів. Пройде півстоліття або століття, сталеві стрижні вкопати в землю не тільки в центрах університетських міст, але і на заводах, фабриках, уздовж доріг і навіть на богом забутих фермах і хуторах. У деяких країнах, наприклад в Сінгапурі, де 200 грозових днів на рік, переносні громовідводи у вигляді триніжків (виробництва Австралії) навіть прийняті на озброєння в армії ["New Scientist" N 2096, 1997].
Чи відбулася повна перемога?! За останнє сторіччя кількість жертв блискавок має неухильну тенденцію до зростання. Наприклад, тільки у Франції, де щорічно реєструється близько мільйона ударів блискавок, гине кілька десятків людей і близько 10 тисяч корів ["НЖ" 1995, N 2, с.89] ... У США на рік у середньому гине від блискавок близько 80 осіб, у невеликому Зімбабве - до 160 (там один раз за місяць загинуло 89 осіб). У рік на Землі, за одними даними, від блискавок гине близько тисячі чоловік; по інший, - лінійні блискавки попадають приблизно в 400 чоловік, з яких приблизно половина гине.
У 1966 році у Вологодській області на березі річки блискавка вдарила в отару овець, що збилися від страху в одну велику купу, і вбила всіх - всього 101 вівцю ... 23 грудня 1975 блискавка встановила свій власний рекорд - одним ударом убила відразу 21 людини, сталося це після прямого попадання в хатину в Чінамаса-Краел, поблизу Матар в Зімбабве ...
До речі, при такій точності попадання в людину (на одного вбитого "витрачається" близько 10 тисяч ударів) блискавки цілком можна порівняти з кулями (яких, наприклад, під час позиційних воєн витрачається на одного вбитого противника від 1 до 100 тисяч). Немов би вся наша Земля - це один великий тир або прострілюється наскрізь прифронтова смуга.
Можливо, без блискавковідводів кількість жертв було б ще більше, але захистити нас повною мірою вони так і не змогли. Точніше кажучи, вони чудово захищають нас від "електричних пробоїв з хмар", тобто від того, чим вважали блискавку після відкриття електрики. "Блискавка - розряд струму потужністю до 3 млрд.Дж, що рухається із хмари вниз зі швидкостями 160-1600 км / с (і 140000 км / с - з половинною швидкістю світла рухається іноді назад з землі в хмари) по іонізованому каналу повітря з температурою плазми до 30 000 градусів (у 5 разів вище, ніж на Сонці), з діаметром каналу 1,27 см, оточеній 3-6-метрової короною, довжиною від 90 м до 32 км і супроводжується звуковий ударною хвилею (громом), чутної іноді на відстані до 29 км ... " - Такі статистичні відомості накопичила про блискавки всезнаюча наука.
Захиститися від лінійної блискавки, як показала практика, можна намагатися, ефективність простого громовідводу не надто висока, але вона знижує ризик ледь чи не на порядок. Але і цей громовідвід не здатний знешкодити кульові блискавки, ніхто ніякої гарантії від ураження блискавкою кульовою блискавкою ніколи не міг дати. Промисел божий - це єдина втіха і заспокоєння для всіх, хто був спантеличений цією проблемою!
Захисту немає або майже немає: кульова блискавка знайде жертву (якщо захоче, звичайно, на щастя, вона далеко не завжди кровожерлива) де завгодно і коли завгодно, вона пройде крізь стіни і перепони, вона підкрадеться абсолютно непомітно з будь-якого напрямку ...
Робилося кілька спроб створення ефективного захисту. Більшість подібних проектів - не вдалися. Втім, надія поки залишається, і проекти продовжують з'являтися.
В кінці 1990-х років новий громовідвід, який здатний знешкодити кульові блискавки, був розроблений провідним інженером Московського інституту теплотехніки Борисом Ігнатовим. Що стосується нового "шаромолніеотвода", то принцип його дії заснований на тому, що кульова блискавка завжди несе магнітне поле (відповідно до теорії Ігнатова), і ядро кульової блискавки є потужний магнітний диполь. Переміщаючись в околицях звичайного постійного магніту, встановленого на вже існуючому громовідвід, вона обов'язково повинна до нього притянуться. Для цього характерна довжина постійного магніту повинна бути на 10-12 порядків більше довжини диполя кульової блискавки. При зіткненні блискавки з одним з полюсів магніту її електричний заряд стече в землю, і кульова блискавка без вибуху припинить своє існування, підкреслив учений. Пристрій Б. Ігнатова запатентований і існує поки тільки в кількох примірниках. "Якщо з таких блискавковідводів спорудити мережу, то не кульові, ні лінійні блискавки перестануть бути небезпечними для населення і технологічних конструкцій". Так стверджує винахідник, але на жаль, на практиці його "шаромолніеотвод" так і не був ефективно випробуваний.
Поки, можна сміливо сказати, кульова блискавка панує в повітрі безроздільно, вона літає там і тоді потрібно їй і тільки їй. Незалежно від того, подобається нам це чи ні.
Потрібно постаратися обережно і плавно звернути з шляху прямування ШМ і триматися далі від неї, але не повертаючись до неї спиною;
Кульові блискавки часто рухаються під дією потоків повітря. Тому краще триматися з навітряної сторони щодо руху ШМ. Перебуваючи у приміщенні разом з кульовою блискавкою, не перебуваєте на протязі, тому що в цьому випадку, ШМ обов'язково буде наближатися до вас;
Не кидайте в кульову блискавку камінням, палицями, м'ячами, і тим більше не торкайтеся до неї руками. ШМ може вибухнути з силою розірвався снаряда чи міни;
При поразці людини кульовою блискавкою, потерпілого слід перенести в сухе приміщення зі свіжим повітрям, накрити теплою ковдрою, почати робити штучне дихання і негайно викликати швидку допомогу.
Якщо при появі кульової блискавки ви від хвилювання забудете всі ці правила, то запам'ятайте хоча б головне: з ШМ треба вести себе так само, як зі злою собакою: головне не бігти, а плавно і повільно піти з траєкторії її руху.
2. Durmard J. - Nature, 1952, v. 169, p. 563.
3. Rossmann F. Ober den Kugelblitz, - Wetter und Klima, 1949, Marz - April, S. 75.
4. Schonland В. FJ The Flight of Thunderbolts, - Oxford, 1950, p, 47.
5. The Effects of Atomic Weapons. - L., 1950, § 2.15.
6. Баррі Дж. Кульова блискавка і четочная блискавка: Пер. з англ. - Під ред. Єлецького А.В. М.: Світ, 1983. - 288 с. (1980 Plenum Press, New York).
7. Бенндорф Г. Атмосферна електрика: Пер. з нім. - М.: ГІТТЛ, 1934, с. 51.
8. В. Сядро, Т. Іовлева, О. Очкурова "100 знаменитих загадок природи"
9. Капіца П. Л. / /: рис, 1951, т. 21, вип. 5, с. 588-597.
10. Капіца П.Л. / / ДАН СРСР, 1955, т. 1, N 2, с. 245-248.
11. Лебедєв П.М. Вибрані твори / За ред. А.К. Тімірязєва, - М.Л.: Гостехиздат, 1949. - 244 с.
12. Струнко у Б.М. Проблема кульової блискавки. - М.: Наука, Гл. ред. фіз.-мат. лит., 1988. - 208 с.
13. Стекольніков І. С. Фізика блискавки і грозозахисту. - М.: Изд-во АН СРСР, 1943, с. 145.
14. Тарасов Л.В. Фізика в природі. - М.: Просвещение, 1988.
15. Шіроносов В.Г. / / ДАН СРСР, 1990, т.314, N 2, с. 316-320.
16. Шіроносов В.Г. / / ЖТФ, 1983, т. 53, вип. 7, с. 1414-1516.
17. Шіроносов В.Г. / / ЖТФ, 1990, т. 60, ст. 12, с. 1-7.
18. Шіроносов В.Г. / / Изв. вузів, Фізика, 1985, N 7, с. 74-78.
При інтенсивних коливаннях цілком можливо, щоб у ряді пучностей утворювалися окремі кульові блискавки, на відстані напівдовгому хвилі один від одного. Такі ланцюжки з кульових блискавок спостерігаються, вони носять назву "четочная" блискавок і навіть були зняті [2].
Наша гіпотеза також може пояснити, чому іноді кульова блискавка пропадає з вибухом, який не завдає руйнувань [1, 2]. Коли підведення потужності раптово припиняється, то при малих розмірах остигання кулі відбудеться так швидко, що утворюється сфера розрідженого повітря, при швидкому заповненні якої виникає ударна хвиля невеликої сили. Коли ж енергія повільно висвічується, гасіння буде процесом спокійним і безшумним.
Висунута нами гіпотеза може дати задовільне пояснення, мабуть, найбільш незрозумілому з властивостей кульової блискавки - її проникненню в приміщення через вікна, щілини і частіше через пічні труби. Потрапивши у приміщення, куля, що світиться протягом кількох секунд або ширяє, або бігає по проводах [1, 2, 4]. Таких випадків описано стільки, що їх реальність не викликає сумніву.
З нашої точки зору, дуже цікавий випадок [5], коли в аероплан, що перетинає грозову хмару на висоті 2800 м, влетіла кульова блискавка. Нашої гіпотезою всі ці явища пояснюються тим, що проникнення в замкнуті приміщення кульових блискавок відбувається завдяки тому, що вони йдуть по шляху короткохвильових електромагнітних коливань, що поширюються або через отвори, або за пічних труб або проводів як по волноводам. Зазвичай розмір пічної труби якраз відповідає тому критичного перерізу хвилеводу, в якому можуть вільно поширюватися хвилі завдовжки до 30-40 см, що і знаходиться у відповідності з спостерігаються розмірами кульових блискавок, проникаючих в приміщення [1].
Таким чином, гіпотеза про походження кульової блискавки за рахунок короткохвильових електромагнітних коливань може пояснити не тільки ряд інших відомих і незрозумілих явищ, пов'язаних з кульовою блискавкою, як-то: її фіксовані розміри, малорухливе становище, існування ланцюжків, вибухова хвиля при зникненні, - але також її проникнення в приміщення.
Тут слід поставити питання: чи не відбувається давно спостерігається в природі явище тліючого кістеобразного світіння, званого "вогні св. Ельма", також за рахунок електромагнітних коливань, але більш слабких потужностей? До цих пір [6] це світіння пояснювалося стіканням зарядів з вістря, що відбувається завдяки постійній напрузі, що виникає при великих різницях потенціалів між землею і хмарою. Таке пояснення було цілком природно до тих пір, поки це світіння спостерігалося на землі, де можна вказати замкнутий шлях постійного струму, але тепер описані випадки, коли "вогні св. Ельма" тривалий час спостерігаються на фюзеляжах летять літаків [7]. Тому можливо, що і тут висунута нами гіпотеза може допомогти вирішенню цієї проблеми.
Хоча висунута гіпотеза успішно дозволяє ряд основних труднощів розуміння процесу кульової блискавки, все ж варто зазначити, що цим ще питання до кінця не вирішується, тому що потрібно ще показати існування в природі електромагнітних коливань, що живлять кульову блискавку. Тут в першу чергу потрібно відповісти на природно виникає питання: чому під час грози випромінювання електромагнітних коливань у області тієї довжини хвилі, яка потрібна для створення кульової блискавки, до цих пір не описані в літературі?
Поки ще не було спрямовано увагу на виявлення під час грози цих хвиль, нам здається, можна припустити наступне. Оскільки кульова блискавка - рідкісне явище, то природно вважати, що виникнення відповідних радіохвиль теж рідко відбувається, крім того, ще рідше можна очікувати, щоб вони потрапляли на приймальні апарати в тій короткохвильової області радіохвиль від 35 до 70 см, яка поки що порівняно мало використовується . Тому як наступний крок перевірки висунутих припущень слід виробити відповідний експериментальний метод спостереження, спробувати виявити під час грози радіовипромінювання в зазначеному короткохвильовому діапазоні хвиль.
Що стосується джерела цих радіохвиль, то, мабуть, є два факти у спостереженнях над кульовими блискавками, які можуть допомогти пролити світло на механізм їх виникнення. Один з них - те, що кульова блискавка найбільш часто виникає до кінця грози; другий - те, що кульової блискавки безпосередньо передує звичайна.
Перший факт вказує, що наявність ионизованного повітря допомагає створенню радіохвиль, а другий - що збудником цих коливань є грозовий розряд. Це веде до природного припущенням, що джерелом радіохвиль є коливальний процес, що відбувається в іонізованої атмосфері або у хмари, або у землі. В останньому випадку, якщо джерело знаходиться біля землі, то район, захоплений інтенсивним радіовипромінюванням, буде обмежений і буде безпосередньо прилягати до місця, де знаходиться кульова блискавка. Інтенсивність радіоколебаній може швидко падати при видаленні від цього місця, і тому на значних відстанях для спостереження буде потрібна чутлива апаратура. Якщо радіохвилі випромінюються самої грозовою хмарою, то вони будуть захоплювати великі райони і їх виявлення навіть малочутливою приймачем не представить праці.
Нарешті, як друге можливий напрямок для експериментальної перевірки висунутої гіпотези треба вказати на можливість створення розряду, подібного кульової блискавки, в лабораторних умовах. Для цього, очевидно, потрібно розташовувати потужним джерелом радіохвиль безперервної інтенсивності в дециметровому діапазоні і вміти їх фокусувати в невеликому обсязі. При достатньому напруженні електричного поля повинні виникнути умови для безелектродного пробою, який шляхом іонізаційного резонансного поглинання плазмою повинен розвинутися в куля, що світиться з діаметром, рівним приблизно чверті довжини хвилі.
9. Фізична природа кульової блискавки
Більше двохсот років тому була встановлена фізична природа лінійної блискавки, але природа кульової блискавки залишається не з'ясованою до теперішнього часу.Можна виділити дві групи гіпотез, що стосуються фізичної природи кульової блискавки. Згідно першої групи припущень, кульова блискавка безперервно отримує енергію ззовні. Гіпотези, згідно з якими кульова блискавка після свого виникнення стає самостійно існуючим об'єктом утворюють іншу групу. Проте всі ці гіпотези не можна назвати правдоподібними, хоча на перший погляд вони справляють таке враження.
У 1974 р І.П. Стахановим була запропонована так звана кластерна гіпотеза, згідно з якою фізичну природу кульової блискавки можна пояснити на основі поняття кластер.
Кластер - це позитивний чи негативний іон, оповитий щільним хмарою з нейтральних молекул. Розглянемо молекулу води. Вона є полярною молекулою, оскільки центри її позитивних зарядів не збігаються з центрами негативних зарядів. Вона в силу своєї полярності утримується поблизу іонів силами електростатичного притягання. Гідратовані називається іон, оточений молекулами води. Відповідно до гіпотези Стаханова, речовина кульової блискавки складається з таких комплексів.
Таким чином, кластерна гіпотеза Стаханова стверджує, що кульова блискавка - це самостійно існуюче тіло (тобто тіло, до якого не підводиться енергія від зовнішніх джерел. Це тіло складається з важких позитивних і негативних іонів, рекомбінація яких серйозно уповільнена через гідратації іонів.
На відміну від інших, ця гіпотеза досить добре пояснює всі властивості кульової блискавки, які були виявлені в результаті численних спостережень за цим явищем. І все ж потрібно визнати, що поки це - всього лише одна з правдоподібних гіпотез тільки гіпотеза, яка не підтверджена ніякими фактами.
Природа кульової блискавки до цих пір залишається загадкою. П.Л. Капіцею, більше 40 років тому, була запропонована резонансну модель кульової блискавки. У ній, вперше, виникнення і стійкість кульової блискавки пояснюється впливом короткохвильових резонансних електромагнітних коливань під час грози на рух іонів. Резонансна модель П.Л. Капіци пояснивши багато, не пояснила причин виникнення та існування інтенсивних короткохвильових електромагнітних коливань під час грози.
У даній роботі на основі ряду положень про те, що: всередині кульової блискавки існує резонансне короткохвильове електромагнітне випромінювання (довжина хвилі l порівнянна з її геометричними розмірами d найбільш стійкими станами руху в природі є резонансні], характер яких єдиний і не залежить від природи взаємодіючих тіл нестійкі стану в статиці можуть стати стійкими в динаміці (пастки для заряджених частинок, перевернутий маятник П. М. Капіци поза та в зонах параметричного резонансу, системи з одного, двох і більше намагнічених гіроскопів при резонансі)
10. Гіпотеза квантової природи кульової блискавки
Явища, що супроводжують руйнування ШМ, такі як схлопування, вибух, великі струми, звільнення теплової енергії, що зберігається при відносно тривалому існуванні ШМ, - все це приналежності якоїсь конструкції, які повинні виявлятися природним чином при відповідних передумовах у атмосфері Землі. Аналізуючи властивості ШМ і характеристики електричних і магнітних полів Землі способом моделювання фізичних процесів, що відбуваються при розрядах ЛМ в атмосфері, можна запропонувати нову гіпотезу природи ШМ.Відхилення ЛМ від вертикального положення спостерігається регулярно. Відбувається це через те, що провідність атмосфери нерівномірна, оскільки неоднорідний хімічний склад, щільність і вологість повітря. Можна також часто бачити, як від основного каналу блискавки відриваються бічні рукави, які майже миттєво зникають в атмосфері. Деякі з них потрапляють в сприятливі для появи ШМ умови. Відхилення ЛМ можуть відбутися і при ударі її об поверхню Землі, дерево або опору ЛЕП. Що ж при цьому відбувається?
При відхиленні ЛМ від вертикального положення в східному або західному напрямках вона потрапляє під вплив схрещених магнітного і електричного полів Землі. Електрони плазми в каналі блискавки, обертаючись під дією магнітного поля по ларморовской радіусу (під дією сил Лоренца), одночасно виштовхуються електричним полем із плазми за межі хмари позитивних іонів. Якщо при цьому сили електростатичного притягання між іонами і електронами виявляються рівними відцентровим, то електрони потрапляють на стійкі квантовані (з Квазікласичне наближенням) орбіти навколо хмари іонів і стискають його в магнітній пастці.
Таке довгоживучі освіта може мати великий спектр величин збереженої енергії (у кількох її видах). Найсуттєвішу її частину складає потенційна електростатична енергія розділених зарядів.
Подивимося, як узгоджується передбачувана модель ШМ з умовами в атмосфері Землі. Силові лінії магнітного поля Землі спрямовані з півночі на південь. Магнітна індукція його коливається в межах 3.10 -5 ... 7.10 -5 Тл. Напруженість електричного поля, спрямованого вертикально - від 2,5 до 130 В / м і може досягати під час грози набагато більших величин.
Розраховуючи умова рівноваги оболонок на орбітах для найбільш поширеного випадку спостерігається ШМ діаметром 10 см, отримаємо такі дані: швидкість електронів на орбітах - 80м / с (порівняйте, швидкість електронів в каналі ЛМ - ≤ 10 5 м / с); магнітна індукція для отримання ларморівського радіуса 5см при швидкості електронів 80м / с повинна бути 10 -8 Тл (порівняйте, магнітне поле Землі - 3.10 -5 Тл). Таким чином, для утворення ШМ необхідно, щоб швидкість електронів в ЛМ вельми сповільнилася, а магнітна індукція Землі була б сильно ослаблена.
Уповільнення швидкості електронів цілком можливо при відхиленні рукави ЛМ від основного каналу. Що ж стосується ослаблення магнітної індукції, то воно може відбутися лише поблизу каналу ЛМ, як результат впливу її вихрового магнітного поля, оскільки вона є струм, який може досягати величини 4.10 4 А.
Розрахунок також показує, що для утворення однієї електронної оболонки ШМ (прийнятої величини) необхідно приблизно 2.10 9 електронів (виходячи з принципу Паулі). А для того, щоб конструкція ШМ була стійка до магнітного поля Землі, таких оболонок необхідно близько 10 3. У цьому випадку іонізація плазми складе всього близько 1%, що цілком реально при таких температурах.
Стан матерії, що досягається поділом зарядів і утворенням стійкої конфігурації з рухом електронів в оболонках навколо хмари позитивних іонів, вже не може називатися плазмою, оскільки порушена її квазінейтральності. Разом з тим, при руйнуванні ШМ речовина знову проходить стан плазми. При цьому виділяється теплова енергія, яка була законсервована роботою електричного поля в потенційної енергії поділу зарядів і в русі електронів на орбітах.
Законсервована енергія магнітного та електричного полів у ШМ може виділятися при її руйнуванні не тільки у вигляді тепла, але і ще в двох унікальних проявах.
Так, якщо товщина (кількість) електронних оболонок значна, то зв'язок зовнішніх оболонок з "ядром" з іонів ослаблена, і вони можуть ініціювати потужний імпульс струму, зіткнувшись з провідником. При цьому ШМ спочатку частково розрядиться, а потім забере цей заряд назад. При повному її руйнування також виникає подвійний імпульс струму: розряджається спочатку оболонка з електронів, а потім іони з "ядра" забирають ці електрони назад і рекомбінують з виділенням тепла.
Крім цього, ШМ може "працювати" і як вакуумна бомба. Справа в тому, що початкова температура атомів і іонів усередині оболонки з електронів, що служить непроникним бар'єром для атомів і електронів як зсередини, так і зовні, не може через втрати на випромінювання довго зберігатися. Розрядження, яке з'являється при цьому всередині оболонки, збільшується до тих пір, поки вона не буде роздавлена різницею тисків і не схлопнется (це і визначає час життя ШМ). Якщо товщина оболонки невелика, то схлопування відбудеться м'яко, без особливих ексцесів (як у більшості спостережуваних випадках), але якщо ця товщина значна, то схлопування набуває характеру вибуху, викликаючи сильні руйнування. Вибух відбувається на тлі імпульсу струму на провідник і виділення теплової енергії рекомбінації іонів.
Необхідно вказати на можливе різноманітність хімічного складу ШМ (на що виразно вказує колір випромінювання). Швидкість електронів в ЛМ коливається в широкому діапазоні, отже, і температура плазми також має різні значення, що визначає, у свою чергу, атоми яких газів можуть брати участь в утворенні ШМ.
Отже, оскільки для її появи потрібні особливі передумови в атмосфері Землі, кульова блискавка, по-перше, досить рідкісне явище, і, по-друге, не отримана (хоча б випадково) в лабораторії. Остання здійсненне лише при створенні ряду необхідних умов, а саме:
Наявність ослабленого магнітного поля поперек руху плазми за величиною, що розраховується ШМ (за кількістю атомів і молекул при передбачуваній температурі);
створення сильного електричного поля, схрещеного з магнітним і з напрямком руху плазми;
подовження часу життя плазми (наприклад, за допомогою перезарядок на багатоелектронних іонах), щоб воно було більше часу дрейфу електронів до потрапляння їх в оболонку під дією електричного поля;
створення рухається плазми в схрещених магнітному та електричному полях. Для цього необхідна спеціальна лабораторна установка (наприклад, на кшталт описаної в книзі В. Г. Чейса і Г. К. Мура "вибухають, зволікання" М. 1963) і легований матеріал (метал з домішками), що має малу роботу плавлення, випаровування та іонізації .
11. Небезпека кульової блискавки
Звичайно, зустріч з кульовою блискавкою несе в собі певну небезпеку, і цьому є чимало підтверджень. Проте найчастіше цей тип блискавки не приносить ніякої шкоди для життя чи здоров'я свідків події. Як показав проведене опитування, лише п'ять з півтори тисячі випадків, описаних у листах закінчилися смертельним результатом.Як правило кульова блискавка проходить повз провідних об'єктів, в тому числі і повз людини. Температура на поверхні блискавки приблизно дорівнює звичайній кімнатній температурі, а якщо і перевищує її, то ненабагато (не більше ніж на 100 К). Це випливає з того, що деякі випадки контакту з блискавкою не приводили ні яким травм. В інших випадках дотик давало опіки, хоча й болючі, але далеко не смертельні. Усередині кульової блискавки температура вище, ніж на її поверхні, проте швидше за все вона не перевищує 300 ... 400 ° С.
Як випливає з вищесказаного, не варто перебільшувати небезпеку, яку несе в собі кульова блискавка. Практика показує, що лінійна блискавка є набагато більш небезпечним природним явищем.
12. Захист від кульової блискавки
Коли вчені винайшли громовідвід і випробували його (ціною життя кількох фізиків), ейфорія від уявної перемоги над силами Природи була настільки велика, що на честь переможців влаштовувалися пишні прийоми та урочисті бали. Багато паризькі модниці негайно включили до складу свого вбрання або вплели у зачіски самі справжні металеві стрижні-громовідводи, а люди освічені, професура й інтелігенція почала носити сталевий дріт у кишенях піджаків або замінила свої традиційні дерев'яні палички на залізні.Тоді у грамотних людей віра в громовідвід була вищою, ніж у чаклунів віра в силу талісманів та оберегів. Пройде півстоліття або століття, сталеві стрижні вкопати в землю не тільки в центрах університетських міст, але і на заводах, фабриках, уздовж доріг і навіть на богом забутих фермах і хуторах. У деяких країнах, наприклад в Сінгапурі, де 200 грозових днів на рік, переносні громовідводи у вигляді триніжків (виробництва Австралії) навіть прийняті на озброєння в армії ["New Scientist" N 2096, 1997].
Чи відбулася повна перемога?! За останнє сторіччя кількість жертв блискавок має неухильну тенденцію до зростання. Наприклад, тільки у Франції, де щорічно реєструється близько мільйона ударів блискавок, гине кілька десятків людей і близько 10 тисяч корів ["НЖ" 1995, N 2, с.89] ... У США на рік у середньому гине від блискавок близько 80 осіб, у невеликому Зімбабве - до 160 (там один раз за місяць загинуло 89 осіб). У рік на Землі, за одними даними, від блискавок гине близько тисячі чоловік; по інший, - лінійні блискавки попадають приблизно в 400 чоловік, з яких приблизно половина гине.
У 1966 році у Вологодській області на березі річки блискавка вдарила в отару овець, що збилися від страху в одну велику купу, і вбила всіх - всього 101 вівцю ... 23 грудня 1975 блискавка встановила свій власний рекорд - одним ударом убила відразу 21 людини, сталося це після прямого попадання в хатину в Чінамаса-Краел, поблизу Матар в Зімбабве ...
До речі, при такій точності попадання в людину (на одного вбитого "витрачається" близько 10 тисяч ударів) блискавки цілком можна порівняти з кулями (яких, наприклад, під час позиційних воєн витрачається на одного вбитого противника від 1 до 100 тисяч). Немов би вся наша Земля - це один великий тир або прострілюється наскрізь прифронтова смуга.
Можливо, без блискавковідводів кількість жертв було б ще більше, але захистити нас повною мірою вони так і не змогли. Точніше кажучи, вони чудово захищають нас від "електричних пробоїв з хмар", тобто від того, чим вважали блискавку після відкриття електрики. "Блискавка - розряд струму потужністю до 3 млрд.Дж, що рухається із хмари вниз зі швидкостями 160-1600 км / с (і 140000 км / с - з половинною швидкістю світла рухається іноді назад з землі в хмари) по іонізованому каналу повітря з температурою плазми до 30 000 градусів (у 5 разів вище, ніж на Сонці), з діаметром каналу 1,27 см, оточеній 3-6-метрової короною, довжиною від 90 м до 32 км і супроводжується звуковий ударною хвилею (громом), чутної іноді на відстані до 29 км ... " - Такі статистичні відомості накопичила про блискавки всезнаюча наука.
Захиститися від лінійної блискавки, як показала практика, можна намагатися, ефективність простого громовідводу не надто висока, але вона знижує ризик ледь чи не на порядок. Але і цей громовідвід не здатний знешкодити кульові блискавки, ніхто ніякої гарантії від ураження блискавкою кульовою блискавкою ніколи не міг дати. Промисел божий - це єдина втіха і заспокоєння для всіх, хто був спантеличений цією проблемою!
Захисту немає або майже немає: кульова блискавка знайде жертву (якщо захоче, звичайно, на щастя, вона далеко не завжди кровожерлива) де завгодно і коли завгодно, вона пройде крізь стіни і перепони, вона підкрадеться абсолютно непомітно з будь-якого напрямку ...
Робилося кілька спроб створення ефективного захисту. Більшість подібних проектів - не вдалися. Втім, надія поки залишається, і проекти продовжують з'являтися.
В кінці 1990-х років новий громовідвід, який здатний знешкодити кульові блискавки, був розроблений провідним інженером Московського інституту теплотехніки Борисом Ігнатовим. Що стосується нового "шаромолніеотвода", то принцип його дії заснований на тому, що кульова блискавка завжди несе магнітне поле (відповідно до теорії Ігнатова), і ядро кульової блискавки є потужний магнітний диполь. Переміщаючись в околицях звичайного постійного магніту, встановленого на вже існуючому громовідвід, вона обов'язково повинна до нього притянуться. Для цього характерна довжина постійного магніту повинна бути на 10-12 порядків більше довжини диполя кульової блискавки. При зіткненні блискавки з одним з полюсів магніту її електричний заряд стече в землю, і кульова блискавка без вибуху припинить своє існування, підкреслив учений. Пристрій Б. Ігнатова запатентований і існує поки тільки в кількох примірниках. "Якщо з таких блискавковідводів спорудити мережу, то не кульові, ні лінійні блискавки перестануть бути небезпечними для населення і технологічних конструкцій". Так стверджує винахідник, але на жаль, на практиці його "шаромолніеотвод" так і не був ефективно випробуваний.
Поки, можна сміливо сказати, кульова блискавка панує в повітрі безроздільно, вона літає там і тоді потрібно їй і тільки їй. Незалежно від того, подобається нам це чи ні.
13. Рекомендації
Ніколи не біжіть від кульової блискавки. Ваш біг створює потік повітря, який тягне блискавку за вами;Потрібно постаратися обережно і плавно звернути з шляху прямування ШМ і триматися далі від неї, але не повертаючись до неї спиною;
Кульові блискавки часто рухаються під дією потоків повітря. Тому краще триматися з навітряної сторони щодо руху ШМ. Перебуваючи у приміщенні разом з кульовою блискавкою, не перебуваєте на протязі, тому що в цьому випадку, ШМ обов'язково буде наближатися до вас;
Не кидайте в кульову блискавку камінням, палицями, м'ячами, і тим більше не торкайтеся до неї руками. ШМ може вибухнути з силою розірвався снаряда чи міни;
При поразці людини кульовою блискавкою, потерпілого слід перенести в сухе приміщення зі свіжим повітрям, накрити теплою ковдрою, почати робити штучне дихання і негайно викликати швидку допомогу.
Якщо при появі кульової блискавки ви від хвилювання забудете всі ці правила, то запам'ятайте хоча б головне: з ШМ треба вести себе так само, як зі злою собакою: головне не бігти, а плавно і повільно піти з траєкторії її руху.
Список літератури
1. Brand W. Der Kugelblitz. - Hamburg, 1923.2. Durmard J. - Nature, 1952, v. 169, p. 563.
3. Rossmann F. Ober den Kugelblitz, - Wetter und Klima, 1949, Marz - April, S. 75.
4. Schonland В. FJ The Flight of Thunderbolts, - Oxford, 1950, p, 47.
5. The Effects of Atomic Weapons. - L., 1950, § 2.15.
6. Баррі Дж. Кульова блискавка і четочная блискавка: Пер. з англ. - Під ред. Єлецького А.В. М.: Світ, 1983. - 288 с. (1980 Plenum Press, New York).
7. Бенндорф Г. Атмосферна електрика: Пер. з нім. - М.: ГІТТЛ, 1934, с. 51.
8. В. Сядро, Т. Іовлева, О. Очкурова "100 знаменитих загадок природи"
9. Капіца П. Л. / /: рис, 1951, т. 21, вип. 5, с. 588-597.
10. Капіца П.Л. / / ДАН СРСР, 1955, т. 1, N 2, с. 245-248.
11. Лебедєв П.М. Вибрані твори / За ред. А.К. Тімірязєва, - М.Л.: Гостехиздат, 1949. - 244 с.
12. Струнко у Б.М. Проблема кульової блискавки. - М.: Наука, Гл. ред. фіз.-мат. лит., 1988. - 208 с.
13. Стекольніков І. С. Фізика блискавки і грозозахисту. - М.: Изд-во АН СРСР, 1943, с. 145.
14. Тарасов Л.В. Фізика в природі. - М.: Просвещение, 1988.
15. Шіроносов В.Г. / / ДАН СРСР, 1990, т.314, N 2, с. 316-320.
16. Шіроносов В.Г. / / ЖТФ, 1983, т. 53, вип. 7, с. 1414-1516.
17. Шіроносов В.Г. / / ЖТФ, 1990, т. 60, ст. 12, с. 1-7.
18. Шіроносов В.Г. / / Изв. вузів, Фізика, 1985, N 7, с. 74-78.