СОДЕРЖАНИЕ Введение… 3 Определение шаровой молнии… 4 Появление, поведение и исчезновение….4 Вид и свойства….5 Попытки лабораторного воспроизведения …6 Гипотезы и загадки… …7 Заключение….10 Список использованных источников… 11 ВВЕДЕНИЕ Это случилось 26 июля 1752 года. С утра в
Петербурге было душно, а к середине дня сгустились тучи, началась гроза. В это время в физической лаборатории Петербургской академии наук профессор Г.В. Рихман приступил к эксперименту. Он давно дожидался грозы, чтобы понаблюдать, как она подействует на изобретенное им устройство для измерения атмосферного поля. Вместе с Рихманом в лаборатории находился его друг – гравер академии наук.
Люди, оказавшиеся на улице вблизи академии лаборатории, видели, как в металлический стержень на крыше попала молния. И тотчас они услышали громкие крики из лаборатории. Кричал гравер – на нем горела одежда. Что же произошло? Металлический стержень, выходящий на крышу, был соединен с измерительным устройством Рихмана. И вот, когда в стержень попала молния, от устройства вдруг отделился голубой светящийся шар
величиной с кулак. Он ударил стоявшего в полушаге от устройства Рихмана прямо в лоб. Раздался громкий треск, похожий на выстрел. Рихман упал – он был мгновенно убит. Раскалившаяся проволока от устройства задела гравера, зажгла на нем одежду. Сохранилось специальное описание этого прискорбного происшествия. Его составил М.В. Ломоносов, который сразу же посетил лабораторию и подробно исследовал на месте последствия
происшедшего. Имеется также гравюра, сделанная очевидцем трагической смерти Рихмана. Все это позволяет сделать вывод, что Рихман был убит шаровой молнией, возникшей сразу после удара линейной молнии. Определение шаровой молнии. Шаровая молния — светящийся сгусток горячего газа изредка появляющийся в грозовых погодных условиях. Шаровая молния абсолютно не похожа на линейную молнию ни по своему виду, ни по тому, как она себя ведет. Шаровая молния непредсказуема и таит в себе множество загадок. Это явление до конца не изучено, но активно изучается. На сегодняшний день ясно, что шаровая молния — просто красочное атмосферное явление, проявление атмосферного электричества, и для его объяснения не потребуется привлечение каких-либо кардинально новых физических концепций. Основной камень преткновения в этих исследованиях — отсутствие надёжной методики воспроизводимого
получения шаровой молнии в управляемых, лабораторных условиях. Если бы это было достигнуто, задача была бы практически решена. Поныне в экспериментах удавалось получить нечто, лишь отдалённо схожее с шаровой молнией. И, изучая это феномен, экспериментаторы пока не могут сказать, изучают ли они саму шаровую молнию или какое-то другое явление. Такое состояние дел в эксперименте и позволяет теоретикам выдвигать совершенно
разные, а иногда и самые фантастические предположения и гипотезы о сущности шаровой молнии. Появление, поведение и исчезновение шаровой молнии. Шаровая молния всегда появляется в грозовую, штормовую погоду; зачастую, но не обязательно, наряду с обычными молниями. Чаще всего она как бы «выходит» из проводников или порождается обычными молниями, иногда спускается из облаков, в редких случаях — неожиданно появляется в воздухе или, как сообщают
очевидцы, может выйти из какого-либо предмета (дерево, столб). Шаровая молния живет от десятки секунд, минуты. Обычно шаровая молния движется бесшумно, но может издавать шипение, треск или жужжание – особенно когда она искрит. Наводит радиопомехи. Появление шаровых молний непредсказуемо, если раньше считалось, что они рождаются только во время гроз, но постепенно выяснилось, что они могут появляться и в солнечную ясную погоду. Шаровая молния может двигаться по весьма причудливой траектории. Вместе с тем в ее движении обнаруживаются определенные закономерности. Во – первых, возникнув где – то вверху, в тучах, она опускается к поверхности земли. Во – вторых, оказавшись у поверхности земли, она движется далее почти горизонтально, обычно повторяя рельеф местности. В – третьих, молния, как правило, обходит, огибает проводящие ток объекты и в частности
людей. В – четвертых, молния обнаруживает явное «желание» проникать внутрь помещений. Нередки случаи, когда наблюдаемая шаровая молния аккуратно облетает находящиеся на пути предметы, так как по одной из теорий шаровая молния свободно перемещается по положительно заряженным поверхностям. Однако если на пути шаровой молнии встречается отрицательно заряженный предмет, молния притянется к нему и скорее всего взорвется. С течением времени заряд в молнии может изменяться, и тогда меняется
характер ее движения. Одним словом, шаровая молния очень чутко реагирует на электрическое поле вблизи поверхности земли, на заряд, имеющийся на объектах, которые оказываются на ее пути. Так, молния стремится переместиться в те области пространства, где напряженность поля меньше; этим можно объяснить частое появление шаровых молний внутри помещений. Вызывает удивление способность шаровой молнии проникать в помещения сквозь щели и отверстия, размеры
которых намного меньше размеров шаровой молнии. Проходя сквозь малое отверстие, молния очень сильно деформируется, ее вещество как бы переливается через отверстие. Существует три разных способа прекращения существования молнии: 1)В 55% случаев молния взрывается. 2)В 30% случаев молния спокойно угасает из – за нехватки запаса энергии, накопленной в ней. 3) В 15% случаев внутри молнии развиваются неустойчивые связи, и она распадается на части. Маленькие молнии обычно угасают, большие предпочтительно распадаются на части. Вид и свойства шаровой молнии. Шаровая молния имеет близкую к шару форму, также она может вытягиваться, принимая форму груши, ее поверхность может колыхаться. Довольно редко встречаются молнии дискообразные, в форме капли или линзы. Яркость света шаровой молнии сравнивают с яркостью света 100 – ваттной лампочки.
Разнообразие цветовой гаммы шаровой молнии поражает – чаще всего это желтый, оранжевый или красноватый цвет. Встречаются также белого, синего, голубого и даже фиолетового и зеленого. Иногда цвет молнии изменяется во время наблюдения. Перед угасанием молнии внутри нее могут возникать темные области в виде пятен, каналов, нитей. Диаметр шаровых молний находится в диапазоне от долей сантиметра до нескольких метров.
Чаще встречаются молнии диаметром 15 – 30 сантиметров. Температура на поверхности молнии невысока – она либо соответствует обычной температуре, либо немного превышает ее. Внутри шаровой молнии температура выше, чем на поверхности, но вряд ли она превышает 300 – 400 градусов по Цельсию. Плотность молнии не намного больше плотности воздуха, а если точнее, то тысячные доли грамма в кубическом сантиметре. Непосредственно из наблюдений следуют такие свойства шаровой молнии:
Во-первых, шаровая молния как-то связана с электричеством, то есть с электрическими явлениями в газах. В процессе её зарождения или жизни крайне важно присутствие сильного электрического поля, создающего газовый разряд. Во-вторых, очевидно, что внутри шаровой молнии есть область очень высоких температур — именно поэтому она и светится. Скорее всего, эта область состоит из плазмы — ведь при температурах в несколько тысяч кельвинов газ переходит в состояние плазмы. Наконец, ясно, что шаровая молния — это не устойчивая, а метастабильная система. Это, по-видимому, распад плазменного сгустка, но только почему-то крайне замедленный. Попытки лабораторного воспроизведения шаровой молнии. Шаровая молния — явление уникальное и своеобразное. За историю человечества скопилось более 10 тысяч свидетельств о встречах с «разумными шарами».
Однако до сих пор ученые не могут похвалиться большими достижениями в сфере исследования этих объектов. Существует масса разрозненных теорий о происхождении и «жизни» шаровых молний. Время от времени в лабораторных условиях получается создать объекты, по виду и свойствам похожие на шаровые молнии — плазмоиды. Прежде всего, поскольку в появлении шаровых молний прослеживается явная связь с другими проявлениями атмосферного электричества (например, обычной молнией), то большинство
опытов проводилось по следующей схеме: создавался газовый разряд и затем искались условия, когда светящийся разряд мог бы существовать в виде сферического тела. Тем не менее, стройной картины и логичного объяснения этому явлению никто предоставить так и не смог. Первыми такими попытками можно считать опыты Теслы в конце XIX века. В своей краткой заметке он сообщает, что, при определённых условиях, зажигая газовый разряд,
он, после выключения напряжения, наблюдал сферический светящийся разряд диаметром 2-6 см. Однако Тесла не сообщал подробности своего эксперимента, так что его воспроизведение крайне затруднительно. Первые детальные исследования светящегося безэлектродного разряда были проведены только в 1942 году советским электротехником Г.И. Бабатом: ему удалось на несколько секунд получить сферический газовый разряд внутри камеры с низким давлением. Наиболее известной и разработанной раньше остальных является теория академика П. Л. Капицы, которая объясняет появление шаровой молнии и ее некоторые особенности возникновением коротковолновых электромагнитных колебаний в пространстве между грозовыми тучами и земной поверхностью. Однако Капице так и не удалось объяснить природу тех самых коротковолновых колебаний. К тому же, как было замечено выше, что шаровые молнии не обязательно сопровождают обычные молнии и могут появляться в ясную погоду. Тем не менее, большинство других теорий основаны на выводах академика
Капицы. Отличные от теории Капицы гипотеза была создана Б. М. Смирновым, утверждающим, что ядро шаровой молнии — это ячеистая структура, обладающая прочным каркасом при малом весе, причем каркас создан из плазменных нитей. Д. Тернер объясняет природу шаровых молний термохимическими эффектами, протекающими в насыщенном водяном паре при наличии достаточно сильного электрического поля.
Однако самой интересной считается теория новозеландских химиков Д. Абрахамсона и Д. Динниса. Они выяснили, что при ударе молнии в почву, содержащую силикаты и органический углерод, образуется клубок волокон кремния и карбида кремния. Эти волокна постепенно окисляются и начинают светиться. Так рождается «огненный» шар, разогретый до 1200—1400°С, который медленно тает.
Но если температура молнии зашкаливает, то она взрывается. Тем не менее, и эта стройная теория не подтверждает все случаи возникновения молний. Для официальной науки шаровая молния по-прежнему продолжает оставаться загадкой. Может поэтому вокруг нее появляется столько околонаучных теорий и еще большее количество вымыслов. Так 13 мая 2006 года исследователи из Института физики плазмы имени
Макса Планка и Берлинского университета имени Гумбольдта сумели в лабораторных условиях воспроизвести таинственный природный феномен – образование шаровых молний. Они применили подводный электрический разряд для того, чтобы получить люминесцентные плазменные облака, по своему виду напоминающие классический «файербол», причем это явление наблюдалось на протяжении почти половины секунды, а диаметр подобных «шариков» составлял до 10 – 20 сантиметров. Гипотезы и загадки шаровой молнии. Даже если считать только предложения, опубликованные в серьёзных научных журналах, то количество теоретических моделей, которые с разной степенью успеха описывают явление и отвечают на эти вопросы, составляет десятки. Следует перечислить некоторые из них. Гипотеза П.Л Капицы. Одной из самых известных считается гипотеза, выдвинутая нобелевским лауреатом, академиком Петром Леонидовичем Капицей. В 1955 году он опубликовал доклад «
О природе шаровой молнии». По его гипотезе между облаками и землей возникает стоячая электромагнитная волна, и когда она достигает критической амплитуды, в каком-либо месте (чаще всего, ближе к земле) возникает пробой воздуха, образуется газовый разряд. В этом случае шаровая молния оказывается как бы «нанизана» на силовые линии стоячей волны и будет двигаться вдоль проводящих поверхностей. Стоячая волна тогда отвечает за энергетическую подпитку шаровой молнии.
Но вот чего академику не удалось объяснить, так это природу тех самых коротковолновых колебаний. Принципиально другую гипотезу предлагает Б.М.Смирнов. По его теории, ядро шаровой молнии – это переплетенная ячеистая структура, нечто вроде аэрогеля, которая обеспечивает прочный каркас при легком весе. Только нити каркаса – это нити плазмы, а не твердого тела! И энергетический запас шаровой молнии целиком скрывается в огромной поверхностной энергии такой микропористой
структуры. Термодинамические расчеты на основе этой модели, в принципе, не противоречат наблюдаемым данным. Интересную гипотезу предлагает профессор Самарского аэрокосмического университета. По его мнению, шаровая молния представляет собой сгусток низкотемпературной радиоактивной плазмы, возникающий в процессе β-распада ядер радиоактивного фосфора в связанное состояние. Другими словами, первопричины возникновения шаровой молнии лежат вне физики электрического разряда в газах. Все гипотезы о природе шаровой молнии разделяются на два класса по признаку места энергетического источника, поддерживающего жизнь шаровой молнии. Это гипотезы предполагающие внутренний источник энергии и гипотезы считающие что источник находится вне шаровой молнии. К первому типу относятся: Шаровая молния – газовое или воздушное "необычное" образование. Предлагается, что молния медленно сжигает газ, состоящий из метастабильных частиц или из частиц, которые
поглощают энергию благодаря химическим реакциям, включающим пыль, сажу, и т.д и так далее; Шаровая молния – сфера нагретого воздуха при атмосферном давлении; Шаровая молния – плазма с высокой плотностью, которая проявляет квантовую характеристику прочностных свойств твердой фазы; Шаровая молния – образуется благодаря определенной конфигураций электрического тока замкнутого контура, поддерживающего собственное магнитное поле;
Шаровая молния – существует благодаря некоторому виду воздушного вихря (подобно кольцу дыма) обеспечивающего локализацию люминесцентных газов; Шаровая молния – поддерживается микроволновым полем излучения, содержащееся внутри тонкой сферической оболочки плазмы. Ко второму типу относятся: Шаровая молния – поддерживается высокочастотным излучением с частотой более 100MHz; Шаровая молния – существует благодаря стационарному току текущего из облака;
Шаровая молния – это сосредоточенные, электрическими полями грозы, космические частицы. Какая из теорий достоверна — проверить нетрудно: критерием будет служить эксперимент. Пусть хоть какая – нибудь теория сможет чётко сказать, как именно можно создать шаровую молнию в лаборатории. Существует также множество вопросов, на которые ответы еще не найдены, а дать их сможет только полная теория шаровой молнии. 1) Почему шаровая молния столь устойчива? Ведь если это газообразное образование, то при таких температурах этот газ или плазма тут же перемешается с окружающим воздухом. Что препятствует такому перемешиванию? 2) Откуда берётся такая устойчивость формы? Это должно означать наличие довольно сильного поверхностного натяжения на границе, отделяющей шаровую молнию от окружающей атмосферы. Неужели такое возможно на границе раздела двух газов?
3) Почему шаровая молния не всплывает? Ведь облако горячего газа должно всплывать под действием силы Архимеда! 4) Как шаровая молния умудряется существовать в течение такого длительного времени? Ведь если внутри неё плазма и если нет подпитки энергией извне, то почему плазма моментально не рекомбинирует? Может быть, есть внешняя подпитка энергией, невидимая глазу? 5) Откуда в шаровой молнии такие запасы энергии (а ведь по оценкам, типичная шаровая молния содержит
десятки и сотни килоджоулей)? 6) Как шаровая молния умудряется обходить препятствия, протекать сквозь небольшие отверстия? Ведь если это просто заряд, то он должен притягиваться к окружающим телам. Почему здесь не проявляются простые законы электростатики? ЗАКЛЮЧЕНИЕ Для официальной науки шаровая молния по-прежнему продолжает оставаться загадкой. Может поэтому вокруг нее появляется столько околонаучных теорий и еще большее количество вымыслов.
Несмотря на то, что шаровая молния – явление пока ещё до конца не понято физикой, не стоит относиться к нему как к чему-то крайне необычному, тем более как к сверхъестественному. Это явление до конца не изучено, но активно изучается. На сегодняшний день ясно, что шаровая молния — просто красочное атмосферное явление, проявление атмосферного электричества, и для его объяснения не потребуется привлечение каких-либо кардинально новых физических концепций. Основной камень преткновения в этих исследованиях — отсутствие надёжной методики воспроизводимого получения шаровой молнии в управляемых, лабораторных условиях. Если бы это было достигнуто, задача была бы практически решена. Поныне в экспериментах удавалось получить нечто, лишь отдалённо схожее с шаровой молнией. И, изучая это нечто, экспериментаторы пока не могут сказать, изучают ли они саму шаровую молнию или
какое-то другое явление. Такое состояние дел в эксперименте и позволяет теоретикам выдвигать совершенно разные, а иногда и самые фантастические предположения и гипотезы о сущности шаровой молнии. В отсутствие воспроизводимых экспериментальных данных, вся информация основана на рассказах очевидцев, и лишь в редких случаях — на фото- или киноматериалах. Это наводит на сомнения в самом существовании явления.
Однако шаровая молния — явление довольно частое, поэтому такое недоверие может относиться к частным свидетельствам, но не к явлению вообще. Опираясь на статистически усреднённые параметры, мы в самом деле можем исследовать шаровую молнию как физическое явление. Список использованных источников. 1. Тарасов Л.В. Физика в природе – М.: Просвещение, 1988. 2. В.В. Сядро,
Т.В. Иовлева, О. Очкурова "100 знаменитых загадок природы" – М.: Фолио, 2006. Ресурсы интернет: http://ru.wikipedia.org/wiki/Заглавная_с траница http://www.zeh.ru/shm/