Введение
Шаровая молния — редкое природное
явление, выглядящее как светящееся и плавающее в воздухе образование. Единой
физической теории возникновения и протекания этого явления к настоящему времени
не представлено, также существуют научные теории, которые сводят феномен к
галлюцинациям. Существует множество гипотез, объясняющих явление, но ни одна из
них не получила абсолютного признания в академической среде.
Актуальность: Шаровая молния – одно
из интереснейших явлений природы, о котором мало кто знает что-либо. Шаровая
молния может представлять опасность, и важно знать, как действовать при встрече
с ней.
Цель проекта: Изучение природы
шаровой молнии , влияние шаровой молнии на человека и её последствия.
Задачи проекта:
1. Узнать, что представляет собой шаровая
молния.
2. Рассмотреть, какие исследования
ведутся учёными в изучении шаровой молнии.
3. Выяснить, какие меры безопасности
следует соблюдать при встрече с шаровой молнией.
Гипотезы: Существует множество
гипотез, объясняющих явление, но ни одна из них не получила абсолютного
признания в академической среде.
В лабораторных условиях похожие, но
кратковременные явления удалось получить несколькими разными способами, так что
вопрос о природе шаровой молнии остаётся открытым. По состоянию на начало XXI
века не было создано ни одной опытной установки, на которой это природное
явление искусственно воспроизводилось бы в соответствии с описаниями очевидцев
наблюдения шаровой молнии.
Широко распространено мнение, что
шаровая молния — явление электрического происхождения, естественной природы, то
есть представляет собой особого вида молнию, существующую продолжительное время
и имеющую форму шара, способного перемещаться по непредсказуемой, иногда
удивительной для очевидцев траектории.
По свидетельствам очевидцев, шаровая
молния обычно появляется в грозовую, штормовую погоду; зачастую наряду с
обычными молниями. Чаще всего она как бы «выходит» из проводника или
порождается обычными молниями, иногда спускается с облаков, в редких случаях —
неожиданно появляется в воздухе или, как сообщают очевидцы, может выйти из
какого-либо предмета будь то дерево или столб.
Попадая в квартиру, шаровая молния
ведет себя по-разному: она или гаснет, или с треском
"разбрызгивается". Размеры ее бывают разными. Наиболее часто
встречаются молнии размером примерно в 15 см. Но бывают случаи, когда в
диаметре она достигает 1 метра и больше. При контакте с человеком в основном
дело кончается трагически. Но в редких случаях этого не происходит. Не так
давно в Китае случился такой контакт: удивительно, но 2 раза попав в одного и
того же человека, она не убила его.
Были случаи, когда самолеты встречаются с этими огненными шарами. Но пока не
зафиксировано гибели самолета или экипажа.
Несмотря на то, что это 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.
Типичная суммарная мощность излучения
— порядка 100 Вт; свечение иногда тусклее, иногда ярче. Цвет — начиная от
белого и жёлтого, заканчивая зелёным. Часто отмечалась пятнистость свечения.
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.
1.
Основные сведения о шаровой молнии
Систематическое изучение шаровых
молний началось с отрицания их существования: в начале XIX века все известные к
тому времени разрозненные наблюдения были признаны либо мистикой, либо в лучшем
случае оптической иллюзией.
Но уже в 1838 году в «Ежегоднике»
французского бюро географических долгот был опубликован обзор, составленный
знаменитым астрономом и физиком Домиником Франсуа Араго.
Основываясь на известных тогда описаниях шаровых молний, Араго пришел к выводу,
что многие из этих наблюдений нельзя считать иллюзией.
За 137 лет, прошедших с момента выхода в свет обзора Араго, появились новые
свидетельства очевидцев, фотографии. Были созданы десятки теорий,
экстравагантных, остроумных, таких, которые объясняли некоторые известные
свойства шаровой молнии, и таких, которые не выдерживали элементарной критики.
С точки зрения физики шаровая молния
– интереснейшее явление природы. В первой половине 19 века французский ученый
физик Д.Араго собрал сведения о 30 случаях наблюдение шаровой молнии.
Статистика небольшая, но многие ученые 19 века, включая Кельвина и Фарадея,
были склонны считать, что это или оптическая иллюзия, или явление
неэлектрической природы. С тех пор количество и качество сообщений возросло;
сейчас задокументировано уже около 10 тысяч случаев наблюдения шаровой молнии.
Нет ни одного случая искусственного
получения шаровой молнии, подобной природной, в лабораторных условиях. 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 (а
свечение газового разряда — вещь известная), и затем искались условия, когда
светящийся разряд мог бы существовать в виде сферического тела. Исследователи
могли получать кратковременные газовые разряды сферической формы, жившие
максимум несколько секунд. Однако остаётся открытым вопрос о связи этих
разрядов с той шаровой молнией, которая встречается в природе.
Вот несколько примеров «После
сильного удара грома в открытую дверь влетела бело-голубая шарообразная масса
диаметром 40 см и начала быстро двигаться по комнате. Она подкатилась под
табурет, на котором я сидела. И хотя она оказалась у моих ног, тепла я не
ощутила. Затем шаровая молния притянулась к батареи и исчезла с резким
шипением. Она оплавила участок батареи диаметром 6 мм, оставив лунку глубиной 2
мм.»
Ночью людей разбудила начавшаяся гроза. И тут произошло невероятное. Молния
высокогорной палатки неожиданно сама собой расстегнулась, и в нее медленно
вплыл светящийся голубой шарик. Проснувшиеся альпинисты оцепенели и не могли
пошевелить даже пальцем. Шарик прокатился по спальному мешку одного из них, и
тот сразу потерял сознание. Вдруг шарик стал быстро увеличиваться в размерах,
одновременно меняя окраску. Он становился белым, желтым, оранжевым..., затем
ослепительная вспышка заполнила палатку.
Восходителям повезло. Утром из
расположенной на седле Эльбруса хижины пришли спасатели и обнаружили четверых
потерявших сознание альпинистов. Серьезно пострадали только двое: у девушки
расплавилась золотая цепочка на шее, а у одного из мужчин - обручальное кольцо
на пальце.
Шаровая может быть размером от 1 см
до 27 м в диаметре; Холодная поверхность (шаровая молния не излучает тепло);
Самосвечение мощностью 100-200 Ватт, видимое даже в дневное время; Время
существования от 1 секунды до 2 минут; Прохождение сквозь вещество; Способность
к делению; Сильное электромагнитное излучение в необычайно широком диапазоне
длин волн от долей микрометра до метров; Наличие электрического и магнитного
полей; Способность деформироваться и проникать через малые отверстия;
Непредсказуемость движения (может двигаться даже против ветра); Способность к
левитации (поднимать и передвигать предметы); Способность прилипать к
металлическим предметам; Вращение пыли внутри шаровой молнии; Способность
взрываться (самопроизвольно или при прикосновении к какому-либо предмету).
Иногда после взрыва шаровая молния не исчезает.
Шаровая молния — светящийся сгусток
горячего газа, изредка появляющийся в грозовых погодных условиях.
Электрические свойства
Шаровая молния проявляет
электрические свойства. Это следует из наблюдаемого взаимодействия шаровой молнии
с металлическими предметами и электрическими приборами , а также из характера
воздействия шаровой молнии на человека, которое подобно поражению человека
электрическим током. Все эти примеры свидетельствуют о том, что шаровая молния
несет электрический заряд. Для фрактальной структуры шаровой молнии наличие
электрического заряда существенно - он создает поверхностное натяжение каркаса
шаровой молнии, не давая ему "схлопнуться". Вместе с тем вклад
электрической энергии в полную внутреннюю энергию шаровой молнии несуществен.
Возникает вопрос, откуда берется
электрический заряд шаровой молнии и далее - к каким электрическим явлениям
приводит наличие этого заряда. Последующее наше изложение будет связано с
анализом этих проблем. Схематично это выглядит следующим образом. Твердая
частица, находящаяся в слабоионизованной атмосфере, заряжается, ибо подвижность
положительных и отрицательных носителей заряда неодинаковая или в плазме
имеется нескомпенсированный электрический заряд. Заряженные твердые частицы ассоциируют,
так что образуемый при этом кластер оказывается заряженным. Электрический заряд
кластера скапливается на его поверхности и создает поверхностное натяжение,
гарантирующее устойчивость конструкции. Высокие электрические поля на концах
кластера вызывают электрические токи, приводящие к его разрядке.
Cвойства шаровых молний. Появление
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 и из какого-либо
предмета (дерево, столб).
Поведение
Чаще всего шаровая молния движется
горизонтально, приблизительно в метре над землёй, довольно хаотично. Имеет
тенденцию «заходить» в помещения, протискиваясь при этом сквозь маленькие
отверстия. Часто шаровая молния сопровождается звуковыми эффектами — треском,
писком, шумами. Наводит радиопомехи. Нередки случаи, когда наблюдаемая шаровая
молния аккуратно облетает находящиеся на пути предметы, так как по одной из
теорий шаровая молния свободно перемещается по эквипотенциальным поверхностям.
Исчезновение
Шаровая молния живёт от 10 до 100
секунд, после чего обычно взрывается. Изредка она медленно гаснет или
распадается на отдельные части. Если в спокойном состоянии от шаровой молнии
исходит необычно мало тепла, то во время взрыва высвободившаяся энергия иногда
разрушает или оплавляет предметы, испаряет воду.
Свечение и цвет
Типичная суммарная мощность излучения
— порядка 100 Вт; свечение иногда тусклее, иногда ярче. Цвет — начиная от
белого и жёлтого, заканчивая зелёным. Часто отмечалась пятнистость свечения.
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 поближе 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. Шаровая молния способна проникать в отверстия намного меньшее
по диаметру чем сама шаровая молния. Таким образом, молния диаметром 50 см
может проникнуть в щель диаметром всего несколько миллиметров. Она отлично
деформируется и восстанавливает свою форму.
Конечно, она опасна. Вообще же
встречи с естественной шаровой молнией, как правило, заканчиваются без
трагических последствий. Из проведенного опроса выяснилось, что из полутора
тысяч писем лишь в пяти сообщалось о смертельном исходе.
Чаще всего шаровая молния
обходит стороной. В отдельных случаях даже прямое прикосновение молнии не
причиняло никакого вреда; в других случаях такое прикосновение давало ожоги,
хотя и болезненные, но отнюдь не смертельные. Следовательно, температура на поверхности
молнии невысока - она либо соответствует обычной температуре, либо немного
превышает ее (по - видимому, не более чем на 100 К). Внутри шаровой молнии
температура выше, чем на ее поверхности, однако вряд ли она превышает
300...400°С.
Можно утверждать, что опасность
шаровой молнии преувеличена . Как показывает практика, куда более опасна линейная
молния.
2. Исследование шаровой
молнии
Оценить минимальное количество
энергии в шаровой молнии можно по тем последствиям, которые она оставляет после
своего исчезновения. Воспользуемся сообщение одного из наблюдателей: «Она
оплавила участок батареи диаметром 6 мм, оставив лунку глубиной 2 мм». Значит,
молния испарила около 0,45 г железа. Для этого требуется энергия, равная 4 кДж.
Естественно, что не вся (и наверное, далеко не вся) энергия шаровой молнии была
израсходована на испарение небольшого участка батареи, так что полученный
результат можно рассматривать всего лишь как оценку нижней границы энергии: эта
энергия оказывается не меньше нескольких килоджоулей.
В одном из писем сообщалось, что
шаровая молния диаметром 30 см расщепила торчащую из воды деревянную сваю
диаметром 30 см вдоль волокон на длинные щепки.
Следовательно, энергия, запасенная в
шаровой молнии диаметром 25 см, находится в пределах 100кДж. Такая оценка
представляется вполне правдоподобной: она согласуется с результатами,
полученными на основании большого количества наблюдений шаровой молнии.
В спокойном состоянии от шаровой
молнии исходит необычно мало тепла, а во время взрыва высвободившаяся энергия
иногда разрушает или опаливает предметы, испаряет воду.
Никогда не бегите от шаровой молнии.
Ваш бег создает поток воздуха, который тянет молнию за вами; нужно постараться
осторожно и плавно свернуть с пути следования шаровой молнии и держаться дальше
от нее, но не поворачиваясь к ней спиной; шаровые молнии часто движутся под
действием потоков воздуха. Поэтому лучше держаться с наветренной стороны
относительно движения шаровой молнии. Находясь в помещении вместе с шаровой
молнией, не находитесь на сквозняке, так как в этом случае, шаровая молния
обязательно будет приближаться к вам; не бросайте в шаровую молнию камнями,
палками, мячами, и тем более не
дотрагивайтесь до нее руками, шаровая молния может взорваться с силой
разорвавшегося снаряда или мины; при поражении человека шаровой молнией,
пострадавшего следует перенести в сухое помещение со свежим воздухом, накрыть
теплым одеялом, начать делать искусственное дыхание и немедленно вызвать скорую
помощь.
Если при появлении шаровой молнии вы
от волнения забудете все эти правила, то запомните хотя бы главное: с шаровой
молнией надо вести себя точно так же, как со злой собакой: главное не бежать, а
плавно и медленно уйти с траектории ее движения.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.