19
7 июня 1195 году, ровно 830 лет назад, английский монах Гервасий Кентерберийский записал в «Хрониках правления в Англии Стефана, Генриха Второго и Ричарда Первого», что видел плотное тёмное облако, из которого испускалась яркая белая сфера, повисшая в воздухе, а затем упавшая в Темзу.
Считается, что это самое раннее подробное описание шаровой молнии. Прошли века, а загадка осталась.
Как современная наука объясняет этот феномен, рассказывает
доктор физико-математических наук Владимир Бычков, ведущий научный сотрудник кафедры физической электроники физического факультета МГУ. — Владимир Львович, как вы увлеклись изучением шаровой молнии?— Шаровая молния появилась в моей жизни ещё в детстве. Я любил заниматься разными экспериментами в квартире. Однажды решил посмотреть, что такое электрический ток: вставил два гвоздя в розетку и замкнул на скальпель, который взял у матери.
— Мама была врачом?— Да. Скальпель был с длинной ручкой. Когда я приближал лезвие скальпеля к одному из гвоздей, вдруг выскочил голубой шарик, запрыгал и убежал под стол, оставив на полу прожжённые следы. Меня волновало то, что у скальпеля практически расплавилась половина жала – что я скажу маме? Я запихал его между досок в полу. Мама даже и не вспомнила. Не думала, что её сын ударился в такие эксперименты.
— Это было опасно?— Конечно. Если бы ручка была короче, ток мог пойти через меня. Но это, видимо, произвело на меня неизгладимое впечатление. Потом был долгий путь: я окончил кафедру теоретической физики в РУДН, попал работать на кафедру физики в МЭИ, где были люди, которые занимались плазмой – академик Леон Михайлович Биберман и академик Валентин Александрович Фабрикант – человек, которые придумал лазерные эффекты, а Биберман всю жизнь рассчитывал ионосферную плазму для военных приложений. Биберман в то время работал в Институте высоких температур, где как раз и занимались высокотемпературными исследованиями, и там большие отделы были заняты плазмой, поскольку хотели сделать космические аппараты с низкотемпературной плазмой.
Потом я закончил аспирантуру под руководством профессора Александра Валентиновича Елецкого и много учился у профессора Бориса Михайловича Смирнова.
Я занимался под их руководством физикой газовых разрядов и газоразрядных неустойчивостей. А когда закончил аспирантуру, попал в очень хороший коллектив Московского радиотехнического института, в отдел, где занимались электронно-пучковым воздействием на всяческие среды.
Там мы занимались неравновесной плазмой под воздействием сильноточных пучков. Мне повезло, я попал в очень хороший отдел, где одним из руководителей у меня был профессор Генри Эдгарович Норман. Он до сих пор преподаёт.
Вторым был профессор Кирилл Викторович Ходатаев. Там можно было заниматься плазмой и участвовать в экспериментах по созданию плазмоидов и долгоживущих светящихся образований. Это, по сути, аналоги природных шаровых молний.
— Значит, вы с детства не сомневаетесь в существовании шаровых молний. Но ведь буквально до последнего времени учёные выражали сомнения в существовании шаровых молний, считая, что это оптическая иллюзия.— Я не один раз видел шаровую молнию. Могу сказать, что кто хоть один раз увидел такие плазмоиды в природе, у того возникает какая-то внимательность к разным светящимся образованиям.
Ты начинаешь обращать на это внимание. Второй раз я видел шаровую молнию, когда возвращался из лаборатории в Америке, в Роквел-Сайнс центре. Это в Калифорнии.
Вечером я спускался с горы, и вдруг над горой появился пронзительно белый шар и тихо спустился. Продолжалось это секунды три. В этот день самолёты не летали, потому что был сильный ветер, поэтому с самолета это не могло упасть. Эксперимент был довольно чистый. Ни грозы не было, ничего, только тёмное небо.
— Что же стало её источником?— Не знаю, пока это остаётся загадкой. Третий раз – на даче, когда была дикая гроза – я увидел, как вспыхнула линейная молния, и на дереве появился шар, довольно подвижный, у него менялась форма. Сначала это был шар, потом он превратился в жидкую стрелу и пропал. Потом я видел шаровые молнии ещё несколько раз, и всякий раз это завораживает.
— Как я понимаю, гроза и молния для этого необязательны?— Желательны. Нужно, чтобы выделялась энергия, которая потом перейдёт в этот объект. Я вижу, откуда появляется вспышка – и это меня привлекает. Других людей не привлекает.
— Но ведь это же достаточно редкое явление?— У меня есть коллега из Австрии. Он занимается статистикой наблюдений шаровых молний. И его тоже заинтересовала частота наблюдений обычными людьми.
Он сделал довольно показательный эксперимент: в австрийских Альпах есть довольно уединённая долина Монтафон.
Там живёт сколько-то людей, которые часто ходят в пивные «забегаловки». Он говорит, что обязательное условие – чтобы люди были раскрепощены, потому что шаровая молния – это социально закрытое явление, люди не любят о нём говорить, потому что не понимают, что это такое.
И мой коллега стал ходить по «злачным» местам и расспрашивать. Оказалось, что статистика такая: если человек гуляет по этой долине, то в течение 70 лет он может увидеть шаровые молнии три раза. Так что это для него это не такое и редкое явление.
Я думаю, что люди просто очень невнимательны. Охотники, лётчики часто видят там, где нужно сконцентрировать внимание и ожидать всяческих природных подвохов.
— Существует огромное количество гипотез, которые пытаются объяснить природу шаровой молнии. Что же это такое?— Мы делаем эксперименты, проверяем такую модель: линейная молния – это токовый разряд, где заряд, как правило, одного знака. Он может быть отрицательным, если «летят» электроны, или положительным – если ионы. Этот разряд ударяет в землю. В земле он создает некоторую область, которую называют фульгуритной. В этой области происходит расплавление вещества, появляется пар.
Можно сказать, что, как только пар образуется, на поверхности сразу происходит быстрая окислительная реакция, rapid thermal oxidation – быстрое термическое окисление.
На поверхности возникает плёнка. И в этой каверне возникает шар, наполненный горячим паром, покрытый плёнкой. Плёнка твёрдая, тонкая, как целлофан либо как слюда. Плёнка может изгибаться. Поэтому получается, что внутри находится горячий пар.
— Почему вы думаете, что это горячий пар?— Он светится при температурах от 900 до 2000 градусов. То есть, внутри этого шара находится излучающая «лампа». А сверху её сдерживает оксидная оболочка.
Дальше возникает следующее: энергии, которую даёт линейная молния, хватает для того чтобы создать ещё пары в этой области. Пары выбрасывают шар из неё.
Он летит до тех пор, пока поверхность полностью не «застеклуется» или не разрушится чисто механически. При этом не надо забывать, что линейная молния переносит заряд одного знака, поэтому этот шар – ещё и плазменная заряженная поверхность.
Поэтому шар достаточно опасен – он заряжен зарядом одного знака. Если человек прикоснётся к такому, то заряд пройдет через него и может ранить или убить.
— Такие случаи зафиксированы?— Сколько угодно таких случаев, потому что люди любят фотографировать: во время грозы достают телефоны, а шаровая молния притягивается к устройствам.
И шаровая молния разряжается прямо на человека. За последние лет пять есть десять случаев смерти или ранения при ударе шаровой молнии. Я собираю свою статистику.
— Знаю, у вас есть целая коллекция разных предметов, по которым ударила шаровая молния?— Да, чего только нет. Стёкла приносят, кастрюли, другие вещи, куда молния ударяла. Много фотографий. На основе всего этого материала я издал книгу – 300 страниц одних только наблюдений – «Естественные и искусственные шаровые молнии в атмосфере Земли».
— Но ведь в лаборатории ничего подобно до сих пор создать не получилось, это так?— Не совсем так. Есть большое количество людей, которые на досуге занимаются получением шаровых молний.
Для этого существуют разного рода разряды, есть много разного рода устройств, при помощи которых появляются летящие и долго живущие разряды – сфероиды.
Существует как минимум три-четыре лаборатории, где получаются такие сфероиды, которые живут одну-две секунды, но они часто имеют размеры в десятки сантиметров. Потом они взрываются.
Получается, что люди при помощи наших газоразрядных устройств получили аналоги шаровых молний. Но нельзя говорить, что это сама шаровая молния, потому что получить левитацию – чтобы она ещё и летела – не получается.
— А почему?— Самая большая проблема – плазма биполярна, в ней одинаковое количество положительно и отрицательно заряженных частиц, поэтому они рекомбинируют. Долго жить такая система не может.
А чтобы в поле Земли летел плазмоид, нужно, чтобы у него долгое время был заряд одного знака. Земля заряжена отрицательно, и нужно, чтобы этот плазмоид тоже был заряжен отрицательно, тогда под действием отталкивания от земли он будет лететь. Пока это не получается.
Мы пытаемся это сделать в условиях университетской лаборатории, но не удаётся. Источник у нас на 30 киловольт, а нужно как минимум на 100, но по технике безопасности мы не можем такой источник использовать в лаборатории.
— Если бы у вас был источник нужной мощности, у вас бы получилось?— Я ещё застал идею, когда этот плазмоид летит на какой-то металлический предмет и прожигает его. Лет 40 назад главной идеей было именно создание нового типа оружия. Сейчас, думаю, такая потребность может снова возникнуть.
— А в мирных целях такие плазмоиды можно использовать?— Можно. На их поверхности происходят довольно сложные физико-химические процессы, появляются разные плёнки, которые раньше не получались. Появляется оксидная пленка, которая имеет свойства, при которых объект может изменять форму.
А ведь шаровые молнии проходят через мелкие отверстия! Мне прислали стекло, через которое прошла шаровая молния.
Мы долго искали это отверстие – оказалось, что это доля миллиметра, причём на толщине стекла в четыре мм был в одном месте такой конус – вход, а где выход – непонятно, там всё заплавилось.
Мы смогли изучить поверхность – направляли шарики в кювету с водой. Выпадал шарик металла и всплывала оксидная оболочка толщиной порядка 20 микрон. Это значительно меньше, чем размер отверстия в стекле.
Так что эластичная оболочка будет заряжена, и она спокойно направляться в сторону выхода, если там будет металл. А она горячая, под две тысячи градусов, так что пройдёт, выйдет и снова восстановится. Такие вот удивительные свойства.
— Остались ли для вас загадки в шаровой молнии?— Конечно. Как природе удаётся создать такой большой заряд? Как его экспериментально реализовать?
Для этого нужно, чтобы у меня был электронный пучок, который произведёт достаточное количество электронов, способных сесть на поверхность этих шариков.
Но установка для электронных пучков будет занимать половину этой комнаты. А в природе это как-то накапливается. И мы думаем – как сейчас простыми методами зарядить наши плазмоиды?
Когда мы все это сделаем, мы получим другие вопросы. Одни решим, другие появятся. Пока от лабораторных экспериментов перейдём к технологиям, пройдёт немало времени.
Додуматься, как на поверхности плазмы вдруг появляется оболочка – это большое достижение, до этого никто не додумывался. Меня всегда волновало – как шары вылезают из телефонов?
— Я про такое не слышала.— А между тем такое случается. Из розеток вылезают шарики. Возникает вопрос: как? Если считать, что это плазма, то она должна жить микросекунды, а тут – она вылезла, полетала, потом обратно влезла.
— Вот из таких историй потом и рождаются фантастические предположения, что это какая-то разумная форма энергетической жизни!— На самом деле тут всё просто: внутри розетки произошло короткое замыкание, в результате – появление горячего пара. Вокруг пара возникла оболочка, и под действием общего давления вся эта конструкция выползла. Ничего сверхъестественного.
- Ещё говорят, что шаровая молния иногда похожа на ленту. Как это можно объяснить? Просто так никогда не додумаешься, а если предположить, что в каверне возник шар, из каверны появилось отверстие, то шар будет выползать под действием давления, и тогда он может сжаться, как змея, и выползти. Если он остынет, то и зафиксируется в виде змеи.
— Что вы чувствовали, когда видели шаровую молнию?— Удивление. Сколько раз смотришь, столько и удивляешься. Удивительно, что природа создаёт такие объекты. Вдруг видишь, какое это красивое явление.
Люди говорят, что иногда меняются цвета. Естественно, если у тебя какая-то оболочка, есть разные интерференции в тонких плёнках – перламутровые, какие угодно.
Конечно, это удивительно. У нас физика говорит, что плазма не живёт больше микросекунды, а тут – живёт! За самолетами летает – значит, у неё достаточно плотная оболочка, и внутри достаточно горячий пар.
— А для самолетов это опасно?— Чаще всего – да. В своё время мне предоставили данные от Гидрометцентра ВС СССР. В основном гибнут сверхзвуковые самолеты, потому что там много электроники, от которой зависит полёт. В них ударяет шаровая молния, вырубает электронные системы, самолет теряет управлени, пилот, если успеет, катапультируется.
— От обычных молний существуют молниеотводы, а здесь ничего нельзя придумать?— Эти молниеотводы и помогают, шаровая молния разряжается на них. Но часто, когда шаровая молния ударяет в самолет, она разрушает поверхность планера, на нём появляются отверстия или прожоги.
— А людям что помогает?— Зонт. Главное, чтобы там не было железных выступов.
— Зонт поможет от шаровой молнии?— Конечно. Она пролетит мимо. Известно, что линейная молния ударяет в металл зонтика, поэтому лучшее, что можно придумать – пластиковый зонтик. А ещё не надо фотографировать в грозу.
— А что делать со своим любопытством?— Умерить его. Не делать резких движений. Не бежать, потому что гидродинамические потоки будут захватывать этот объект. Нужно вести себя спокойно.
Дома во время грозы закрывать окна, в деревянных домах закрывать все отдушины, чтобы через трубу не зашла шаровая молния. Если всё же зашла, не нужно прыгать, метаться, надо сидеть неподвижно.
У меня есть своя гипотеза: человек – это биологический объект, от него всегда исходит тепло. Оно распространяется. Если ты не движешься, то шаровая молния будет захватываться даже этим слабым потоком и проходить мимо.
Если ты начинаешь двигаться, может притянуться, и тогда мало не покажется. Поэтому лучше просто сидите тихо и любуйтесь.
Наталия Лескова
yaplakal.com