Природа молнии

Пт, 06/05/2009 - 10:10

Молнии за пределами атмосферы

В 1989 году были впервые сфотографированы “спрайты” — слабо светящиеся молнии, вспыхивающие на доли секунды в верхних слоях атмосферы, примерно в 65-80 километрах от Земли. Эти молнии, окрашенные в синий или красный цвета, сверкают под аккомпанемент необычного — инфразвукового — грома. Наблюдения за ними удобно вести с околоземной орбиты. На снимках, сделанных из космоса, видны невероятной величины огненные столпы. Их диаметр порой достигает 90 километров, но сила свечения невелика, а потому с поверхности Земли их не видно. Спрайты нередко сравнивают со сполохами полярного сияния. Но если те возникают при проникновении из космоса высокоэнергетичных протонов и электронов, то для спрайтов источником энергии становятся грозовые разряды. Очевидно, при вспышке молнии распространяется электромагнитный импульс, возбуждающий слабое свечение молекул воздуха. Многочисленные исследования показали, что спрайты почти всегда сопровождают грозу.

Шаровая молния

Физическая природа ШМ до сих пор не познана, а ее способность внезапно возникать и исчезать, проникать сквозь стекла и стены вызывает «к жизни» множество гипотез.

Обычно она представляет собой матовый шар оранжевого, желтого или красного цвета, светящийся как лампочка в 60 ватт, имеет размеры около 20-50 сантиметров и передвигается со скоростью 0,5-1 метр в секунду, и что ее наблюдают от десятка секунд до минуты.

Шаровая молния является интенсивным источником электромагнитного излучения вплоть до сверхвысокочастотного. Именно последнее проделывает разные “шутки”: испаряет кольца у людей прямо с пальцев, выводит из строя телефоны, радиоприемники, телевизоры, в общем всю технику, где есть катушки и трансформаторы. Низкочастотные излучения могут воздействовать и на психику человека, вызывая галлюцинации, головную боль, чувство страха.

Скупые рассказы очевидцев да горстка фотографий — вот все, чем располагает наука. Как пессимистично заявил один из ученых, мы знаем о ШМ не больше, чем древние египтяне ведали о природе звезд. Что же касается ее природы, то на сегодняшний день имеется более ста гипотез, претендующих на объяснение физической сути шаровой молнии. Однако ни одна из них не подтвердилась с достаточной степенью надежности. Кто говорит, что шаровая молния — это облачко плазмы, кто видит в ней миниатюрную черную дыру, а кто — стянутое в узел энергетическое поле. Исследования шаровой молнии ведутся уже несколько веков, впрочем, без особых результатов.

Вопросы и загадки

Можно сформулировать несколько вопросов, ответы на которые должна дать полная теория шаровой молнии:
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?

Откуда берется такая устойчивость формы? Это должно означать наличие довольно сильного поверхностного натяжения на границе, отделяющей ШМ от окружающей атмосферы. Неужели такое возможно на границе раздела двух газов?

Почему ШМ не всплывает? Ведь облако горячего газа должно всплывать под действием силы Архимеда!

Как ШМ умудряется существовать в течение такого длительного времени? Ведь если внутри нее плазма и если нет подпитки энергией извне, то почему плазма моментально не рекомбинирует? Может быть, есть внешняя подпитка энергией, невидимая глазу?

Откуда в ШМ такие запасы энергии (а ведь по оценкам, типичная шаровая молния содержит десятки и сотни килоджоулей)?

Как ШМ 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?

Некоторые гипотезы о природе шаровой молнии

Даже если считать только предположения, опубликованные в серьезных научных журналах, то количество теоретических моделей, которые с разной степенью успеха описывают явление и отвечают на эти вопросы, составляет десятки. Перечислим некоторые из них.

Например, гипотеза великого П.Л. Капицы: 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 двигается вдоль проводящих поверхностей. Стоячая волна тогда отвечает за энергетическую подпитку шаровой молнии.

Принципиально другую гипотезу предложил в 1993 году Б.М. Смирнов, занимающийся проблемой шаровой молнии много лет. В его теории ядро шаровой молнии — это переплетенная ячеистая структура, нечто вроде аэрогеля, которая обеспечивает прочный каркас при малом 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.

Автор еще одной теории, озвученной в 1998 году, – Д.Ж. Тернер — объясняет всю совокупность наблюдаемых явлений термохимическими эффектами, происходящими в насыщенном водяном паре в присутствии сильного электрического поля. Энергетика шаровой молнии здесь определяется теплотой химических реакций с участием молекул воды и их ионов. Автор теории уверен, что она дает четкий ответ на загадку шаровой молнии.

В 2000 году журнал “Nature” представил работу новозеландских химиков Джона Абрахамсона и Джеймса Динниса. Они показали, что при ударе молнии в почву, содержащую силикаты и органический углерод, образуется клубок волокон кремния и карбида кремния. Эти волокна медленно окисляются и начинают светиться - вспыхивает огненный шар, разогретый до 1200-1400°С. Обычно шаровые молнии бесшумно тают, но бывает, что и взрываются. По мнению Абрахамсона и Динниса, такое случается, если начальная температура клубка чересчур высока. Тогда окислительные процессы протекают ускоренно, что и приводит к взрыву. Впрочем, эта гипотеза не может описать все случаи наблюдения шаровых молний.

В 2004 году российские исследователи А.И. Егоров, С.И. Степанов и Г.Д. Шабанов описали схему установки, на которой им удавалось получать шаровые разряды, названные ими “плазмоидами” и напоминавшие шаровую молнию. Опыты вполне можно было воспроизвести, вот только существовали плазмоиды не более секунды.

Какая из теорий достоверна — проверить нетрудно: критерием будет служить эксперимент. Пусть хоть какая-нибудь теория сможет четко сказать, как именно можно создать шаровую молнию в лаборатории.

Кстати, а знаете ли вы, что на Земле постоянно существуют от 100 до 1000 шаровых молний, но вероятность увидеть шаровую молнию хотя бы раз в жизни составляет всего 0,01%?

Береженого Бог бережет

На Земле происходит около 32 миллиардов ударов молний в год, ущерб от которых оценивается в 5 миллиардов долларов. Только в США от молний ежегодно страдает около 1000 человек, двести из которых гибнет. Интересно, что 86 % жертв — мужчины. То ли у них физиология особенная, то ли они бывают на свежем воздухе чаще женщин, проводящих большую часть жизни дома.

Главным громоотводом Москвы без сомнения является Останкинская башня. Если в среднем по Москве и Московской области в один квадратный километр попадает одна молния за год, то в Останкинскую башню их попадает 40-50. Несмотря на установленную молниезащиту, удары молний продолжают изредка выводить из строя размещенную здесь радио- и метеорологическую аппаратуру. По статистике, молнии попадают в самолеты, в среднем, три раза в год, но в наши дни это редко приводит к серьезным последствиям. Современные авиалайнеры теперь достаточно хорошо защищены от удара молнии. Самая тяжелая авиационная катастрофа, вызванная молнией, произошла 8 декабря 1963 года в штате Мэрилэнд, США. Тогда попавшая в самолет молния проникла в резервный бак горючего, что привело к воспламенению всего самолета. В результате этой катастрофы погибло 82 человека.

Со времен Бенджамина Франклина мы научились защищаться от прямых ударов молний с помощью громоотвода. Но и в наши дни по их вине порой выходят из строя трансформаторы и подстанции, а уж попадание молнии в склад химикатов или боеприпасов может привести к непоправимой катастрофе.

Так 22 апреля 2005 года на юго-западе Китая произошел взрыв на химической фабрике, производящей взрывчатые вещества. Она располагалась на окраине одного из крупнейших городов страны Чунцина. В результате было полностью разрушено 3-х этажное здание предприятия, обломки разбросало в радиусе 80 м от эпицентра взрыва. Погибло 19 человек, легкие ранения получили 10 человек. Причина катастрофы – попадание молнии.

Если же непогода застала вас, например, за городом, где нет никакого укрытия, избегайте холмов и одиноко стоящих деревьев — лучше спрячьтесь в ложбинку или канаву, присядьте на корточки, плотно сомкнув ноги. К слову, часто люди становятся жертвами молний, когда гроза стихнет и кажется, что можно покинуть укрытие. На самом деле, опасность поражения молнией сохраняется еще минут десять после того, как пройдет ливень. Конечно, вероятность угодить под молнию чрезвычайно мала, но все же она выше, чем, например, шансы выиграть главный приз, предлагаемый организаторами различных лотерей. Лучше всего в грозу сидеть дома, жевать поп-корн и наслаждаться видом того, как потемневшее небо режут вкривь и вкось золоченые лезвия молний.

Американцы, подарившие в свое время миру молниеотвод, уже давно стали выпускать “детекторы молний” — приборы размером с мобильный телефон, которые, зафиксировав характерные электрические шумы в радиусе 60 километров, подают громкие сигналы, сообщая, что надо искать укрытие. Все-таки – существенный прогресс по сравнению со Средневековьем, когда церковные звонари своими колоколами пытались оградить город от «разящих молний», нередко становясь их жертвами (колокольня, как правило, - самое высокое здание в средневековом городе). Нам же, жителям независимой Украины, не имеющих в своем распоряжении таких приборов, не грех предупреждать своих детей о древнем, как мир, правиле – под деревом во время грозы прятаться нельзя!

Другие материалы рубрики


  • ...В случае недавней катастрофы, начавшейся утром 26 декабря 2004 года в 7 часов 58 минут 53 секунды по местному времени в Индийском океане у берегов Индонезии и Таиланда, эпицентр первого землетрясения находился вблизи северной оконечности острова Суматра, в точке с координатами 3°30' северной широты и 95°87' восточной долготы. В геологическом плане в этом районе проходит граница между двумя литосферными плитами - крупными блоками земной коры. При этом происходит погружение, пододвигание (субдукция) океанической Индийской плиты под более восточную континентальную плиту. Глубоководный желоб, протягивающийся параллельно Суматре, представляет собой след такого погружения.



  • Утром 15 февраля 2013 г. мировые информационные агентства поспешили сообщить сенсационную новость — над Челябинском произошел мощнейший взрыв, пострадали более 7000 зданий, вылетели окна, двери, разрушены перегородки, крыши... Взрывом выбито около 20 тыс. кв. м оконных стекол. Более 1600 человек обратилось за медицинской помощью. Нанесенный ущерб превышал 30 млн долл. США.
    Владимир Жириновский авторитетно заявил: «Никаких обломков метеорита на Урале не было... Не метеоры падают, это испытывается новое оружие американцами». Затем он добавил, что с неба «ничего никогда не упадет. Падают — это люди делают. Люди — поджигатели войны, провокаторы».
    Сами жители Челябинска подумали разное: что началась война, что-то взорвали террористы, в небе взорвался самолет, самолет сбили ракетой, спикировало НЛО...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • «Морозное утро 15 февраля 2013 г. Около половины десятого утра. Можно сказать, час пик. Многочисленные жители куда-то спешат. Спешил и я. Что-то привлекло мое внимание. Необычайное потрескивание, шуршание, скрежет, гул... И вдруг низко над горизонтом появился огненный след. Он закончился ослепительной вспышкой, которая была намного ярче Солнца. Сразу вспомнилась служба в Советской Армии, команда «Вспышка слева, всем укрыться!» Молнией пронеслись в голове институтские занятия по курсу «Гражданская оборона». Да, это высотный ядерный взрыв. Похоже, мегатонного класса. Сейчас придет ударная волна. Несмотря на мой почтенный возраст, я не раздумывая плюхнулся в глубокий сугроб на обочине и накрыл голову руками (как учили в институте на военной кафедре). И не напрасно. Вскоре все тряхнуло, воздух на какие-то мгновения оказался похожим на навалившуюся морскую волну во время шторма, земля задрожала, зазвенели разбитые окна, раздались душераздирающие крики. Подняв голову, я увидел, что в соседних домах зияли пустотой окна, как в фильмах про войну... Женщина рыдала, лицо и руки ее были в крови... Люди в панике бежали по улице в противоположных направлениях. Я шел дальше, улавливая отдельные слова: «Война, террористы, бомбардировка, самолет, взрыв...» Мне попадались раненые люди... Шел и соображал, что же произошло. Если взрыв термоядерный, выпадут радиоактивные осадки. И на огромной площади... И тут я вспомнил, что вспышка была не точечная, а протяженная. Для взрыва ракеты вспышка была слишком сильной, для самолета тем более... Это похоже на падение метеорита. Неужели новый Тунгусский метеорит? Нет, там был вывал леса на огромных площадях, сильные пожары... Значит, упало что-то поменьше... Взрыв самолета? Ракеты? Нет. Скорее всего, падение крупного метеорита. Чуть позже, включив телевизор, я узнал правду о Челябинской трагедии».

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • Человек может создать собственными руками на Земле такой ад, который не способен описать никакой фантаст. Человечество пока не научилось изменять погоду по собственному желанию. Даже предсказывая погоду, синоптики часто ошибаются. Но кое-что ученые все же умеют...
    В 69 году н.э. римский император Веспасиан, известный своим крылатым изречением: «деньги не пахнут», как-то сказал, что все возможное оружие уже было изобретено — но в данном случае оказался крайне не прав.
    Войны, которые велись до начала XX в., не отличались существенным воздействием на природу. Поэтому долгое время эти аспекты не исследовались, хотя «фрагментарные» экскурсы в данную проблему наблюдались, особенно у военных историков. Например, у отца истории Геродота упоминается первый случай нанесения серьезного урона природе во время войны между персами и скифами в 512 г. до н.э. Скифы под предводительством царя Колоксая для предотвращения нашествия войск персидского царя Дария впервые применили тактику «выжженной земли», уничтожая при своем отступлении растительность, жилища, засыпая (а зачастую и заражая) источники воды.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Человек, которого не убедила теория Джакса - это Роберт Рочия из лаборатории окружающей среды во французском национальном агенстве научных исследовании в Гив-Сур-Иветте. В 1996 г. он и его коллеги из полдюжины других французских лабораторий изучили молекулярную структуру пустынного стекла с использованием инфракрасной спектроскопии. Они искали следы ионов гидроксида, которые обычно находят в аморфном силикате, образовавшемся при низких температурах. Но в пустынном стекле их не обнаружили.
    Кроме того, по датировке геологов пустынному стеклу 28.5 миллионов лет. Тогда как высохшие остатки древних озер, которые Джакс нашел около “стеклянной” местности, оказались гораздо моложе - им было всего лишь 9000 лет.

    • Страницы
    • 1
    • 2