Шаровая молния

Шаровая молния — это редкое и загадочное явление природы, которое за тысячи лет породило множество историй и мифов. Ученые предлагают свои гипотезы, объясняющие этот феномен, однако из-за сложности наблюдений в природе ни одна из них так до сих пор и не нашла полного подтверждения и не стала общепринятой.

Сферы, похожие по характеристикам на шаровые молнии, время от времени удавалось воспроизводить в лабораторных условиях, однако доподлинно неизвестно, имеют ли они что-то общее с природным явлением. В этой статье мы разберем самые известные свидетельства о шаровых молниях и постараемся дать объяснение этому мистическому феномену.

Шаровая молния: что это за явление?

Проанализировав и обобщив свидетельства очевидцев, можно сделать вывод, что шаровая молния представляет собой яркую светящуюся сферу. Цвет ее может быть различным от красного, оранжевого, желтого до синего или белого. Чаще всего шаровая молния возникает в грозовую погоду, иногда — рядом с поверхностью Земли, в других случаях — на высоте до нескольких километров. Диаметр ее может быть самым разным — обычно от сантиметра до метра, но сообщают и о более масштабных образованиях. Шаровая молния хаотично передвигается в пространстве, издает шипящие звуки и источает запах серы, а через 5-10 секунд исчезает.

Данные о взаимодействии шаровых молний с окружающим пространством разнятся. По одним свидетельствам, они приносят значительные разрушения, сжигают или плавят объекты и ранят находящихся поблизости людей. Другие же утверждают, что сферы беспрепятственно проходят сквозь твердую материю, никак с ней не взаимодействуя. Шаровая молния может постепенно рассеиваться в пространстве или резко исчезать, причем это исчезновение сопровождается мощным взрывом.

История наблюдений шаровых молний

Шаровые молнии упоминаются в культурах разных цивилизаций, хотя нельзя уверенно утверждать, что речь идет об одних и тех же явлениях, так же как нельзя точно сказать, насколько они реальны. Однако в мифах и фольклоре различных народов есть удивительно похожие друг на друга описания феномена:

• Австралия и Океания — блуждающие огоньки Мин-Мин, которые преследуют людей;
• Япония — огненные шары Хитодама, воплощающие души умерших людей.

Одно из самых ранних подробных описаний явления сделал английский монах Гервасий Кентерберийский. В 1195 году он писал, что наблюдал очень плотное грозовое облако, под которым выросла яркая белая сфера. Шар какое-то время повисел в воздухе, после чего упал в Темзу.

В XIX веке французский физик Франсуа Араго составил каталог с описаниями 30 случаев шаровых молний. Уже в то время ученые активно дискутировали о природе явления, однако большинство склонялось к тому, что это оптические иллюзии или галлюцинации. С ростом свидетельств увеличивался и интерес деятелей науки к этому феномену. В 1970-х советские ученые Игорь Стаханов и Сергей Лопатников опубликовали статистику, обобщавшую более 1 000 свидетельств со всего СССР.

Знаменитые случаи шаровых молний

Гроза в Уидеком-ин-те-Мур

В 1638 году в небольшой деревушке на юге Англии была сильная гроза. Во время проповеди над церковью образовался восьмифутовый искрящийся шар (около 2,4 метра в диаметре), который залетел в здание, разрушил в нескольких местах каменные стены, выбил деревянные балки, повредил скамьи и разбил окна. Жертвами происшествия стали 4 человека, а около 60 были травмированы. Очевидцы утверждали, что внутри установился сильный запах серы. Этот случай по мнению священников стал карой за то, что двое прихожан играли в карты во время службы.

Случай на борту судна «Монтаг»

В 1749 году фрегат «Монтаг» королевского флота Англии совершил свое последнее плавание. По рассказам корабельного врача, адмирал Чемберс поднялся на палубу для наблюдений. В 5 километрах он увидел огромный голубой шар, стремительно приближавшийся к кораблю. Несмотря на незамедлительный приказ спустить паруса, контакта с шаром не удалось избежать. Примерно в 40 метрах над бортом сфера взорвалась, почти полностью разрушив грот-мачту и нанеся повреждения другим частям судна. Экипаж отделался небольшими ушибами, а сам фрегат решили разобрать.

Смерть Георга Рихмана

Российский физик, член Санкт-Петербургской Академии наук Георг Рихман проводил множество экспериментов с электричеством и, в частности, исследовал электрические явления в атмосфере. В 1753 году, в момент приближения сильной грозы, Рихман вместе с гравером Иваном Соколовым решил провести и запечатлеть на рисунках опыт с лейденской банкой (первым электрическим конденсатором) и воздушным змеем. Годом ранее подобный эксперимент проводил американский ученый и политик Бенджамин Франклин. Запуская в небо воздушного змея, Франклин пытался вызвать разряд молнии. Этого ему сделать не удалось, однако благодаря своему опыту он смог доказать электрическую природу молний.

Рихман решил проделать тот же опыт, не предполагая, насколько опасным он окажется. Как рассказывал позже Иван Соколов, по бечевке змея спустился яркий шар, который затем взорвался, убив Рихмана и оглушив самого гравера. Из-за трагического происшествия в России на время приостановили опыты с электричеством, однако Михаилу Ломоносову удалось добиться разрешения на возобновление исследований.

Случай с кораблем «Уоррен Хастингс»

В 1809 году экипаж судна «Уоррен Хастингс» сообщил, что корабль был «атакован» 3 пылающими шарами, которые производили эффект, подобный выстрелам множества пушечных ядер. В результате столкновения погибли два матроса, еще один получил серьезные ожоги по всему телу. Также на корабле загорелась грот-мачта. Как и в предыдущих случаях, участники происшествия описывали невыносимый запах серы.

Описание в книге Вильфрида де Фонвьюэля «Молния и свечение»

Французский писатель-натуралист и путешественник Вильфрид де Фонвьюэль в своей книге 1864 года упоминал о 150 зарегистрированных случаях встреч с шаровыми молниями. Обобщая их, он заметил, что шаровые молнии будто притягиваются к металлическим конструкциям, хорошо проводящим электрический ток. Также он описывал, как некоторые объемные шары сразу после взрыва распадаются на несколько меньших по размеру сфер. Интересно, что среди других свидетельств в его книге приводится описание случая, когда шар пролетел через все помещение, не причинив вреда людям, но затем добрался до хлева и насмерть поразил свинью.

Случай из жизни Николая II

Последний российский император писал, что в детстве вместе со своим дедом Александром II ходил на службу в одну из часовен в Петергофе. В какой-то момент в небе последовательно сверкнуло несколько молний, и раздался затяжной раскат грома. В этот момент в окно влетел шар (Николай подчеркивал, что это была молния), пролетел через церковь и вылетел через дверь, не причинив какого-либо ущерба.

Исследования шаровых молний

За всю историю было проведено лишь одно непосредственное исследование шаровой молнии. В 2012 году китайские ученые из Северо-Западного педагогического университета Ланчжоу проводили исследования в Тибетском нагорье. На расстоянии 900 метров от них образовалась шаровая молния, которую случайно зафиксировали спектрометры. Так было сделано 2 цифровых видео общей продолжительностью 1,64 секунды. При этом последние 0,78 секунды были записаны со скоростью 3000 кадров в секунду.

В 2014 году исследователи опубликовали отчет с некоторыми характеристиками шаровой молнии. Диаметр сферы составлял 5 метров, а скорость движения — 8,6 метров в секунду. Анализ спектра показал наличие атомов кремния, кальция и железа, тогда как обычные молнии содержат преимущественно ионизированный азот и кислород. Это открытие стало весомым аргументом в пользу плазменной теории происхождения, о которой мы поговорим в следующем разделе.

Откуда и почему берется шаровая молния?

Однозначно ответить на этот вопрос нельзя — за всю историю наблюдений было выдвинуто несколько сотен гипотез, объясняющих шаровые молнии. Некоторые их них весьма эксцентричны и сосредоточены на вмешательстве потусторонних сил, другие же основаны на рациональных принципах. Мы рассмотрим 3 наиболее обсуждаемые в научном сообществе гипотезы.

• Волновая. Во время ударов молний в ионизированной воздушной среде электромагнитные волны накладываются друг на друга и образуют стоячую волну, в которой ослабляется перенос энергии. На одном из ее участков, который называют пучностью, амплитуда достигает своих пиковых значений, и противоположные волны образуют шар. Сильнейшее электромагнитное поле какое-то время подпитывает сферу, вызывая свечение плазмы, а когда резонанс перестает поддерживаться, молния исчезает. Данную гипотезу первым выдвинул советский физик Петр Капица.
• Химическая. Согласно этому предположению, шаровые молнии образуются вследствие химических реакций оксидов азота (NO, NO₂) и озона (O₃). У этой теории много критиков, так как выделяемой энергии должно быть недостаточно для столь яркого и продолжительного свечения. Однако, по мнению советского физика-ядерщика Бориса Смирнова, при ударе молнии возможно образование метастабильной системы, в которой повышается концентрация озона и, как следствие, количество выделяемой энергии при разрядах.
• Плазменная. У этой гипотезы больше всего сторонников, так как она частично подтверждена ранее упомянутым исследованием китайских ученых. Согласно ей, шаровая молния является плазмой, которая образуется вследствие столкновения и взаимной нейтрализации положительно и отрицательно заряженных ионов. Такое явление называется рекомбинацией и сопровождается мощным выплеском энергии, однако в обычных условиях это длится 10^-9 секунд (одну миллиардную секунды). Известно, что при ударе молнии в почву могут формироваться фульгуриты — трубчатые образования из диоксида кремния. Именно они, как утверждают авторы гипотезы, являются основой для продолжительного существования шаровой молнии.

Искусственное воспроизведение шаровых молний

Первым, кому удалось добиться эффекта, схожего с шаровой молнией, был сербский изобретатель Никола Тесла. Экспериментируя с беспроводной передачей электричества при высоких показателях напряжения, он проводил электрический ток через газовую среду. Зажигая разряды, он останавливал подачу напряжения, после чего наблюдал небольшие светящиеся шарики диаметром до нескольких сантиметров. К похожему результату в 1942 году пришел советский электротехник Георгий Бабат, создавший сферические разряды в герметичной заполненной газом камере.

Позднее были и другие попытки искусственного воспроизведения шаровых молний.

• В 1958 году Петр Капица также создал светящиеся газовые разряды, но уже в гелиевой среде. Они возникали в области, где электрическое поле достигало своего максимума, и двигались по направлениям силовых линий.
• В 1991 году международная группа исследователей описала процесс создания плазменных шаровых молний в заполненной воздухом цилиндрической емкости. Для этого они использовали прямоугольный волновод, поддерживающий частоту 2,45 ГГц, и микроволновый генератор мощностью 5 кВт.
• В 2007 году бразильские ученые Антониу Паван и Жерсон Пайва пропускали высокие токи через кремниевые пластины, которые испарялись из-за столь сильного воздействия. Из окисленных паров кремния формировались небольшие искрящиеся сферы размером с мячи для гольфа.

Опасности и последствия шаровых молний

Наиболее часто встречающимся последствием образования шаровой молнии является взрыв. Сильная ударная волна способна разрушать прочные конструкции и сбивать с ног людей, находящихся в нескольких метрах от шаровой молнии. Взрывы могут сопровождаться электрическими разрядами, которые приводят к ожогам кожи и возгоранию легко воспламеняемых веществ. Кроме того, шаровые молнии предположительно воздействуют на нервную систему. Свидетели часто рассказывают о последующих головокружениях, спутанности мыслей и потерях сознания.

Как себя вести при встрече с шаровой молнией?

Так как шаровая молния является крайне редким явлением с неустановленной природой, каких-либо общепринятых правил техники безопасности при встрече с ней опросту не существует. Но, исходя из рассказов свидетелей, теоретических моделей и здравого смысла, можно вывести несколько практических рекомендаций:

• предупредить окружающих об опасности;
• не приближаться к молнии и не контактировать с ней;
• не делать резких движений и постараться отойти на максимально возможное расстояние;
• при встрече с молнией по возможности избегать контакта с металлическими предметами, синтетическими тканями и электрическими устройствами;
• постараться поставить преграды между вами и молнией. Например, закрыть дверь в помещение, куда она залетела.

Интересные факты о шаровых молниях

• Иногда шаровые молнии путают с «огнями святого Эльма» — мерцающим синим или фиолетовым свечением, которое возникает рядом с мачтами кораблей, шпилями и другими стержнеобразными объектами. Эффект объясняется тем, что во время сильных гроз и штормов в напряженном электрическом поле образуется плазма, а рядом с проводниками возникают коронные разряды, которые ее подсвечивают.
• Еще одним похожим оптическим явлением являются болотные огни. Это небольшие сферы красноватого цвета, которые обычно появляются на болотах, кладбищах и в полях. По различным древним поверьям, они или сбивали путников с дороги, или, напротив, помогали не заблудиться. У блуждающих болотных огней нет однозначного объяснения. По наиболее распространенной гипотезе, они появляются из-за скоплений газов, примеси в которых способны воспламеняться при обычной уличной температуре. Например, дифосфин воспламеняется уже при температуре 20-30 °C.
• По одной из версий, шаровые молнии могут наблюдаться из-за нарушений зрительного восприятия во время разрядов обычных молний. Доцент кафедры физики Университета Инсбрука Александр Кендл в 2010 году провел исследование, которое показало, что мощные электромагнитные импульсы могут стимулировать зрительную кору, из-за чего люди начинают видеть яркие светящиеся диски.
• В одном из опасных экспериментов, который ни в коем случае не нужно повторять дома, для получения «шаровой молнии» используют обычную микроволновую печь. При помещении в нее горящей или только что потушенной спички образуется светящаяся микроволновая плазма, которая принимает форму шара и поднимается в верхнюю часть печи.

***

Как мы смогли убедиться, явление шаровых молний оставляет больше вопросов, чем ответов. Загадочности феномену добавляет то, что даже при всех обширных возможностях современного оборудования его до сих пор не получается воспроизвести в лабораторных условиях. Остается надеяться на то, что ученые найдут больше способов наблюдения за шаровыми молниями и получат экспериментальное подтверждение какой-либо из гипотез.

Вопрос-ответ

Что такое шаровая молния?

Шаровая молния — это редкое природное явление, которое представляет собой ярко светящуюся сферу.

Как устроена шаровая молния?

По распространенной версии, шаровая молния представляет собой плазму. Помимо азота и кислорода, составляющих основу земного воздуха, она содержит кремний, железо и кальций.

Как появляется шаровая молния?

По разным свидетельствам, шаровые молнии появляются из обычных молний, металлических проводников, облаков или возникают в воздухе без видимых причин.

Что делает шаровая молния?

Шаровая молния хаотично движется в течение небольшого времени, после чего взрывается или исчезает.

Как выглядит шаровая молния?

Шаровая молния выглядит как небольшая искрящаяся сфера. Иногда диаметр шара может достигать нескольких метров.

Чем опасна шаровая молния для человека?

Шаровая молния может стать причиной сильного удара током, получения сильных ожогов или оглушения.

Изображение на обложке: Freepik