Типы молний. Странная молния
Ученые всего мира пытаются разгадать загадку вулкана Эйяфьяллайекюль (Eyjafjallajokull) на леднике Исландии, извержения которого начались в прошлом месяце. Многочисленные молнии, сопровождавшие извержения вулкана, заинтересовали ученую общественность мира в проявлении своей удивительной ярости природы.
Молния, является, прежде всего, просто электрическим разрядом. Электричество накапливается внутри облака и при достаточно большой разности потенциалов электрических потоков высвобождается из облака в виде молнии, проявляющейся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Ток в разряде молнии достигает 10-20 тысяч ампер, поэтому мало кому из людей удается выжить после поражения их молнией.
Как известно, наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда молния образуется в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.
Обычно наблюдаются линейные молнии, которые относятся к так называемым безэлектродным разрядам, так как они начинаются (и заканчиваются) в скоплениях заряженных частиц. Это определяет их некоторые до сих пор не объяснённые свойства, отличающие молнии от разрядов между электродами. Так, молнии не бывают короче нескольких сотен метров; они возникают в электрических полях значительно более слабых, чем поля при межэлектродных разрядах; сбор зарядов, переносимых молнией, происходит за тысячные доли секунды с миллиардов мелких, хорошо изолированных друг от друга частиц, расположенных в объёме несколько км?. Наиболее изучен процесс развития молнии в грозовых облаках, при этом молнии могут проходить в самих облаках - внутриоблачные молнии, а могут ударять в землю - наземные молнии.
Для возникновения молнии необходимо, чтобы в относительно малом (но не меньше некоторого критического) объёме облака образовалось электрическое поле с напряжённостью, достаточной для начала электрического разряда (~ 1 МВ/м), а в значительной части облака существовало бы поле со средней напряжённостью, достаточной для поддержания начавшегося разряда (~ 0,1-0,2 МВ/м). В молнии электрическая энергия облака превращается в тепловую и световую энергии.
Средняя длина молнии 2,5 км, некоторые разряды простираются в атмосфере на расстояние до 20 км.
Рассмотрим принципы возникновения молний.
Наземный вид молний
Процесс развития наземной молнии состоит из нескольких стадий. На первой стадии, в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными электронами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с молекулами, составляющими воздух, ионизуют их. По более современным представлениям, разряд инициируют высокоэнергетические космические лучи, которые запускают процесс, получивший название пробоя на убегающих электронах. Таким образом возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов - стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью - ступенчатому лидеру молнии.
Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью ~ 50 000 километров в секунду, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков микросекунд, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков метров. Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 200 000 метров в секунду
По мере продвижения лидера к земле напряжённость поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Эта особенность молнии используется для создания молниеотвода.
В заключительной стадии по ионизованному лидером каналу следует обратный (снизу вверх), или главный, разряд молнии, характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч ампер, яркостью, заметно превышающей яркость лидера, и большой скоростью продвижения, вначале доходящей до ~ 100 000 километров в секунду, а в конце уменьшающейся до ~ 10 000 километров в секунду. Температура канала при главном разряде может превышать 25 000 °C. Длина канала молнии может быть от 1 до 10 км, диаметр - несколько сантиметров. После прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение ослабевают. В финальной стадии ток молнии может длиться сотые и даже десятые доли секунды, достигая сотен и тысяч ампер. Такие молнии называют затяжными, они наиболее часто вызывают пожары.
Главный разряд разряжает нередко только часть облака. Заряды, расположенные на больших высотах, могут дать начало новому (стреловидному) лидеру, движущемуся непрерывно со скоростью в тысячи километров в секунду. Яркость его свечения близка к яркости ступенчатого лидера. Когда стреловидный лидер доходит до поверхности земли, следует второй главный удар, подобный первому. Обычно молния включает несколько повторных разрядов, но их число может доходить и до нескольких десятков. Длительность многократной молнии может превышать 1 сек. Смещение канала многократной молнии ветром создаёт так называемую ленточную молнию - светящуюся полосу.
Внутриоблачные молнии
Внутриоблачные молнии включают в себя обычно только лидерные стадии; их длина колеблется от 1 до 150 км. Доля внутриоблачных молний растет по мере смещения к экватору, меняясь от 0,5 в умеренных широтах до 0,9 в экваториальной полосе. Прохождение молнии сопровождается изменениями электрических и магнитных полей и радиоизлучением, так называемыми атмосфериками. Вероятность поражения молнией наземного объекта растет по мере увеличения его высоты и с увеличением электропроводности почвы на поверхности или на некоторой глубине (на этих факторах основано действие громоотвода). Если в облаке существует электрическое поле, достаточное для поддержания разряда, но недостаточное для его возникновения, роль инициатора молнии может выполнить длинный металлический трос или самолёт - особенно, если он сильно электрически заряжен. Таким образом, иногда «провоцируются» молнии в слоисто-дождевых и мощных кучевых облаках.
Исландские молнии
Многие ученые считают, что частицы льда в грозу трутся друг о друга, что в свою очередь создает статический разряд. Когда они накапливаются, облачная масса не может устоять электрическим потокам и в итоге освобождается от накопленных разрядов в виде молнии.
Электрические разряды, возникающие в пеплоидной массе исходящей из кратера вулкана, образуются из-за реакции между льдом, расплавленной лавой и горными породами, в свою очередь из-за эффекта трения, образуют «грязную грозу» – облако темного цвета с многочисленными разрядами молний.
Фото-факты с участием молний в извержении вулкана.
Стихия - она просто зачаровывает в своей непостижимости. И испокон веков, молния вдохновляла поэтов на известные шедевры. Вспомните хотя бы эти строчки Тютчева:
«Люблю грозу в начале мая,
Когда весенний, первый гром,
Как бы резвяся и играя,
Грохочет в небе голубом».
Однако у физиков своя романтика - числа, формулы, вычисления. Явление молнии они тоже разложили на факты. И именно благодаря этому мы можем выделить на сегодня следующие типы молний.
Линейная молния (туча-земля)
Разряд такой молнии происходит между облаками. Причем возникать он может, как между облаком и замлей, так и внутри облаков. Ее длина обычно не превышает 3 метров, однако наблюдали и явления 20 метров в длину.
Этот тип - самый распространенный и имеет форму ломаной линии, от которой идет несколько ответвлений. Цвет ее зачастую белый, но встречают и желтые и даже голубые варианты.
Молния земля-облако
Причина образования таких молний - накопление электростатического разряда на вершине наивысочайшего на земле предмета. Таким образом, он становится «аппетитной» приманкой для молний, которые пробивают воздушную прослойку между облаком и заряженным предметом.
Иными словам, чем выше предмет, тем вероятнее он станет добычей молнии, потому никогда не прячьтесь от непогоды под высокими деревьями.
Молния облако-облако
Такие явления возникают в результате «обмена» молниями (по сути электрическими зарядами) между облаками. Это достаточно просто объяснить, так как верхняя часть облака заряжена позитивно, а нижняя - негативно. В результате, ближайшие облака иногда могут «выстреливать» этими зарядами друг в друга.
Но тут стоит сказать, что довольно часто можно увидеть молнию, которая пробивает облако, а вот, когда она исходит от одного облака к другому можно заметить реже.
Горизонтальные молнии
Как вы уже догадались, такие молнии не бьют в землю, а распространяются по всей поверхности неба. Пожалуй, это одно из самых эффектных явлений. Но вместе с тем именно такой разряд самый сильный и представляет большую угрозу для живого.
Ленточная молния
Такое природное явление заключается в возникновении нескольких молний, который идут аккурат параллельно друг другу. Причина их появления заключается в действии силы ветра, который может расширять каналы плазмы в каждой молнии, в результате чего появляются вот такие вот дифференцированные варианты.
Бисерная молния
Это наиболее редкий вариант молнии. И причины его возникновения не известны ученым. А все дело в том, что она представлена пунктирной, а не сплошной линией. Существует предположение, что кое-какие ее участки остывают по пути к земле. И именно в результате этого, обычная молния становится бисерной. Но вы и сами можете согласиться, что объяснение выглядит как минимум странно.
Шаровая молния
Именно об этом явлении ходят легенды, в частности о том, что они могут испепелять или уничтожать ювелирные украшения. Конечно, они опасны для человека, однако большинство рассказов просто выдуманные страшилки.
Спрайтовые молнии
Что примечательно, эти молнии образуются над облаками, на высоте около 100 км. Увы, но о них сейчас мало что знают. И хоть известны они стали при появлении и развитии авиации, фотографии этого завораживающего явления стали доступны только сейчас.
Вулканические
Это последние типы молний, которые мы с вами рассмотрим. Возникают они при извержении вулканов. Ученые склонны объяснять это явление тем, что образующийся пылевой купол пробивает сразу несколько слоев атмосферы, а так как он несет с собой колоссальный заряд, то естественно вызывает возмущения.
Все описанные явления очень эффектны и способны завораживать. Но вместе с этим их красота убийственна для человека. Потому нам остается лишь восхищаться той непостижимой мощью, которую демонстрирует нам природа и стараться обезорасить себя от бушующих стихий.
Добавить сайт в закладки
Молния с точки зрения электричества
Электрическая природа молнии была раскрыта в исследованиях американского физика Б. Франклина, по инициативе которого был проведен опыт по извлечению электричества из грозового облака. Широко известен опыт Франклина по выяснению электрической природы молнии. В 1750 г. им была опубликована работа, в которой был описан эксперимент с использованием воздушного змея, запущенного в грозу. Опыт Франклина был описан в работе Джозефа Пристли.
Средняя длина молнии 2,5 км, некоторые разряды простираются в атмосфере на расстояние до 20 км.
Как происходит формирование молнии? Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми. Иногда молния образуется в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.
Схема возникновения молнии: а - формирование; б - разряд.
Для возникновения молнии необходимо, чтобы в относительно малом (но не меньше некоторого критического) объёме облака образовалось электрическое поле с напряжённостью, достаточной для начала электрического разряда (~ 1 МВ/м), а в значительной части облака существовало бы поле со средней напряжённостью, достаточной для поддержания начавшегося разряда (~ 0,1-0,2 МВ/м). В молнии электрическая энергия облака превращается в тепловую и световую.
Обычно наблюдаются линейные молнии, которые относятся к так называемым безэлектродным разрядам, так как они начинаются (и кончаются) в скоплениях заряженных частиц. Это определяет их некоторые до сих пор необъяснённые свойства, отличающие молнии от разрядов между электродами.
Так, молнии не бывают короче нескольких сотен метров; они возникают в электрических полях значительно более слабых, чем поля при межэлектродных разрядах; сбор зарядов, переносимых молнией, происходит за тысячные доли секунды с миллиардов мелких, хорошо изолированных друг от друга частиц, расположенных в объёме несколько кв.км.
Наиболее изучен процесс развития молнии в грозовых облаках, при этом молнии могут проходить в самих облаках (внутриоблачные молнии), а могут ударять в землю (наземные молнии).
Наземные молнии
Схема развития наземной молнии: а, б - две ступени лидера; 1 - облако; 2 - стримеры; 3 - канал ступенчатого лидера; 4 - корона канала; 5 - импульсная корона на головке канала; в - образование главного канала молнии (К).
Процесс развития наземной молнии состоит из нескольких стадий. На первой стадии, в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными электронами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с молекулами, составляющими воздух, ионизируют их.
По более современным представлениям, разряд инициируют высокоэнергетические космические лучи, которые запускают процесс, получивший название пробоя на убегающих электронах. Таким образом, возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов - стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью - ступенчатому лидеру молнии.
Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью ~ 50 000 километров в секунду, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков микросекунд, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков метров.
Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени, затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 200 000 метров в секунду. По мере продвижения лидера к земле напряжённость поля на его конце усиливается, и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Эта особенность молнии используется для создания молниеотвода.
В заключительной стадии по ионизованному лидером каналу следует обратный (снизу вверх), или главный, разряд молнии, характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч ампер, яркостью, заметно превышающей яркость лидера, и большой скоростью продвижения, вначале доходящей до ~ 100 000 километров в секунду, а в конце уменьшающейся до ~ 10 000 километров в секунду.
Температура канала при главном разряде может превышать 25 000 °C. Длина канала молнии может быть от 1 до 10 км, диаметр - несколько сантиметров. После прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение ослабевают. В финальной стадии ток молнии может длиться сотые и даже десятые доли секунды, достигая сотен и тысяч ампер. Такие молнии называют затяжными, они наиболее часто вызывают пожары.
Главный разряд разряжает нередко только часть облака. Заряды, расположенные на больших высотах, могут дать начало новому (стреловидному) лидеру, движущемуся непрерывно со скоростью в тысячи километров в секунду. Яркость его свечения близка к яркости ступенчатого лидера. Когда стреловидный лидер доходит до поверхности земли, следует второй главный удар, подобный первому.
Обычно молния включает несколько повторных разрядов, но их число может доходить и до нескольких десятков. Длительность многократной молнии может превышать 1 сек. Смещение канала многократной молнии ветром создаёт так называемую ленточную молнию - светящуюся полосу.
Внутриоблачные молнии
Внутриоблачные молнии включают в себя обычно только лидерные стадии, их длина колеблется от 1 до 150 км. Доля внутриоблачных молний растет по мере смещения к экватору, меняясь от 0,5 в умеренных широтах до 0,9 в экваториальной полосе. Прохождение молнии сопровождается изменениями электрических и магнитных полей и радиоизлучением, так называемыми атмосфериками.
Вероятность поражения молнией наземного объекта растет по мере увеличения его высоты и с увеличением электропроводности почвы на поверхности или на некоторой глубине (на этих факторах основано действие громоотвода). Если в облаке существует электрическое поле, достаточное для поддержания разряда, но недостаточное для его возникновения, роль инициатора молнии может выполнить длинный металлический трос или самолёт, особенно если он сильно электрически заряжен. Таким образом иногда «провоцируются» молнии в слоисто-дождевых и мощных кучевых облаках.
В каждую секунду около 50 молний ударяются в поверхность земли, и в среднем каждый ее квадратный километр молния поражает шесть раз за год.
Люди и молния
Молнии - серьезная угроза для жизни людей. Поражение человека или животного молнией часто происходит на открытых пространствах, т.к. электрический ток идет по кратчайшему пути "грозовое облако-земля". Часто молния попадает в деревья и трансформаторные установки на железной дороге, вызывая их возгорание.
Поражение обычной линейной молнией внутри здания невозможно, однако бытует мнение, что так называемая шаровая молния может проникать через щели и открытые окна. Обычный грозовой разряд опасен для телевизионных и радиоантенн, расположенных на крышах высотных зданий, а также для сетевого оборудования.
В организме пострадавших от молнии отмечаются такие же патологические изменения, как при поражении электротоком. Жертва теряет сознание, падает, у него могут начаться судороги, часто останавливается дыхание и сердцебиение. На теле обычно можно обнаружить «метки тока» - места входа и выхода электричества.
Это древовидные светло-розовые или красные полосы, исчезающие при надавливании пальцами (сохраняются в течение 1-2 суток после смерти). Они - результат расширения капилляров в зоне контакта молнии с телом. В случае смертельного исхода причиной прекращения основных жизненных функций является внезапная остановка дыхания и сердцебиения от прямого действия молнии на дыхательный и сосудодвигательный центры продолговатого мозга.
При поражении молнией первая медицинская помощь должна быть неотложной. В тяжелых случаях (остановка дыхания и сердцебиения) необходима реанимация, её должен оказать, не ожидая медицинских работников, любой свидетель несчастья. Реанимация эффективна только в первые минуты после поражения молнией, через 10-15 минут она, как правило, уже неэффективна. Экстренная госпитализация необходима во всех случаях.
Жертвы молний
В мифологии и литературе:
- Асклепий (Эскулап), сын Аполлона - бог врачей и врачебного искусства, не только исцелял, но и оживлял мёртвых. Чтобы восстановить нарушенный мировой порядок, Зевс поразил его своей молнией;
- Фаэтон, сын бога солнца Гелиоса - однажды взялся управлять солнечной колесницей своего отца, но не сдержал огнедышащих коней и едва не погубил в страшном пламени Землю. Разгневанный Зевс пронзил Фаэтона молниями.
Исторические личности:
- российский академик Г. В. Рихман - в 1753 году погиб от удара молнии;
- народный депутат Украины, экс-губернатор Ровенской области В. Червоний 4 Июля 2009 года погиб от удара молнии.
- Рой Салли Ван остался живым после семи ударов молнией;
- американский майор Саммерфорд умер после продолжительной болезни (результат удара третьей молнией). Четвертая молния полностью разрушила его памятник на кладбище;
- у индейцев Анд удар молнией считается необходимым для достижения высших уровней шаманской инициации.
Деревья и молния
Высокие деревья - частая мишень для молний. На реликтовых деревьях-долгожителях легко можно найти множественные шрамы от молний. Считается, что одиночно стоящее дерево чаще поражается молнией, хотя в некоторых лесных районах шрамы от молний можно увидеть почти на каждом дереве. Сухие деревья от удара молнии загораются. Чаще удары молнии бывают направлены в дуб, реже всего в бук, что, по-видимому, зависит от различного количества жирных масел в них, представляющих большое сопротивление электричеству.
Молния проходит в стволе дерева по пути наименьшего электрического сопротивления, с выделением большого количества тепла, превращая воду в пар, который раскалывает ствол дерева или чаще отрывает от него участки коры, показывая путь молнии.
В следующие сезоны деревья обычно восстанавливают поврежденные ткани и могут закрывать рану целиком, оставив только вертикальный шрам. Если ущерб является слишком серьезным, ветер и вредители в конечном итоге убивают дерево. Деревья являются естественными громоотводами и, как известно, обеспечивают защиту от удара молнии для близлежащих зданий. Посаженные возле здания высокие деревья улавливают молнии, а высокая биомасса корневой системы помогает заземлять разряд молнии.
Из деревьев, пораженных молнией, делают музыкальные инструменты, приписывая им уникальные свойства.
Молнии представляют собой искровой разряд между изолированными друг от друга частицами воздуха. Молнии бывают линейными, неточными и шаровыми. Среди линейных молний различают «наземные» (ударяющие в Землю) и внутриоблачные. Средняя длина молниевых разрядов достигает нескольких километров. Внутриоблачные молнии могут достигать 50 - 150 км. При наземных молниях импульсное значение тока может достигать от 20 до 500 кА. Внутриоблачные молнии сопровождаются разрядами с токами порядка 5 - 15 кА. При молниевых разрядах возникают значительные электромагнитные помехи в широком диапазоне частот.[ ...]
Линейная молния обычно сопровождается сильным раскатистым звуком, который называется громом. Гром возникает по следующей причине. Мы видели, что ток в канале молнии образуется в течение очень короткого промежутка времени. При этом в канале воздух очень быстро и сильно нагревается, а от нагревания он расширяется. Расширение протекает так быстро, что оно напоминает взрыв. Этот взрыв даёт сотрясение воздуха, которое сопровождается сильными звуками. После внезапного прекращения тока температура в канале молнии быстро падает, так как тепло уходит в атмосферу. Канал быстро охлаждается, и воздух в нём поэтому резко сжимается. Это также вызывает сотрясение воздуха, которое снова образует звук. Понятно, что многократные разряды молнии могут вызвать продолжительный грохот и шум. В свою очередь, звук отражается от туч, земли, домов и других предметов и, создавая многократные эхо, удлиняет гром. Поэтому и происходят раскаты грома.[ ...]
Види мый электрический разряд между облаками, отдельными частями одного облака или между облаком и земной поверхностью. Наиболее частый, типичный вид молнии - линейная М. - искровой разряд с разветвлениями, длиной в среднем 2-3 км, а иногда до 20 км и более; диаметр М. порядка десятков сантиметров. Особый характер имеют плоская, че-точная и шаровая М. (см.). Далее говорится о линейной М.[ ...]
Кроме линейной, бывают, правда гораздо реже, молнии других видов. Из них мы рассмотрим одну, наиболее интересную - шаровую молнию.[ ...]
Кроме линейной молнии в грозовых облаках наблюдаются плоские молнии. Наблюдатель видит, как кучево-дождевое облако вспыхивает изнутри в значительной толще. Плоская молния представляет собой суммарный эффект одновременного действия большого числа коронных разрядов во внутриоблачной массе. При этом значительная часть облака освещается изнутри, а вне облака исходит в виде вспышки красноватое свечение. Плоская молния не создает акустических эффектов. Плоскую молнию, освещающую облако изнутри, не следует путать с зарницами - отсветами других молний, иногда за горизонтом, освещающих облако снаружи, а также небосвод у горизонта.[ ...]
ПЛОСКАЯ МОЛНИЯ. Электрический разряд на поверхности облаков, не имеющий линейного характера и состоящий, по-видимому, из светящихся тихих разрядов, испускаемых отдельными капельками. Спектр П. М. полосатый, главным образом из полос азота. Не следует смешивать П. М. с зарницей, представляющей собой освещение отдаленных облаков линейными молниями.[ ...]
ШАРОВАЯ МОЛНИЯ. Явление, наблюдающееся иногда при грозе; представляет собой ярко светящийся шар различной окраски и величины (у земной поверхности обычно порядка десятков сантиметров). Ш. М. появляется после разряда линейной молнии; перемещается в воздухе медленно и бесшумно, может проникать внутрь зданий через щели, дымоходы, трубы, иногда разрывается с оглушительным треском. Явление может длиться от нескольких секунд до полминуты. Это еще мало изученный физико-химический процесс в воздухе, сопровождающийся электрическим разрядом.[ ...]
Если шаровая молния состоит из заряженных частиц, то в отсутствие притока энергии извне эти частицы должны рекомбинировать и быстро передать выделившееся при этом тепло окружающей атмосфере (время рекомбинации 10 10-10-11 с, а с учетом времени отвода энергии из объема - не больше 10-3 с). Так, после прекращения тока канал линейной молнии охлаждается и исчезает за время порядка нескольких миллисекунд.[ ...]
Итак, шаровая молния не всегда возникает в связи с разрядом линейной молнии, хотя, возможно, в большинстве случаев это и так. Можно предположить, что она возникает там, где накапливаются и не могут нейтрализоваться значительные электрические заряды. Медленное растекание этих зарядов приводит к коронированию или появлению огней святого Эльма, быстрое - к возникновению шаровой молнии. Это может происходить, например, в тех местах, где внезапно прерывается канал линейной молнии и значительный заряд выбрасывается в сравнительно небольшую область воздуха мощным коронным разрядом. Однако, вероятно, аналогичные ситуации могут возникать и без разряда линейной молнии.[ ...]
Далее, шаровая молния беззвучна. Ее движение совершенно бесшумно или сопровождается слабым шипением или потрескиванием. Хотя в редких случаях шаровая молния пролетает несколько десятков метров в секунду и образует короткую светящуюся полосу длиной несколько метров (это связано с неспособностью наших зрительных анализаторов различить события, отделенные интервалом времени меньше 0,1 с), тем не менее эту полосу нельзя спутать с каналом линейной молнии, образование которого сопровождается оглушительным громом. Последствия от взрыва шаровой молнии также, как правило, значительно слабее, чем от разряда линейной молнии. В частности, взрыв - чаще всего хлопок, в сильных случаях - винтовочный или пистолетный выстрел, в то время как гром от близкой линейной молнии скорее напоминает по силе грохот разорвавшегося снаряда.[ ...]
Поскольку шаровая молния чаще всего связана с молнией и грозами, для ранних исследователей было естественным попытаться использовать в лабораторных экспериментах атмосферную молнию. В работах первое научно зафиксированное исследование явления, похожего на шаровую молнию, связывается с именем профессора Рихмана из Петербурга. Считается, что разряд, похожий на шаровую молнию, случайно образовался во время грозы. Этот случай получил широкую известность в кругу исследователей явлений, связанных с линейной и шаровой молнией. Такая известность обусловлена не столько результатами самого эксперимента, сколько тем фактом, что шаровая молния, как сообщалось, ударила Рихмана в лоб, в результате чего он 6 августа 1753 г. скончался.[ ...]
Появление шаровой молнии обычо связано с грозовой активностью. Статистика показывает, что 73% из 513 случаев согласно данным Мак Нзлли , 62% из 112 случаев согласно Рэйли и 70% из 1006 согласно Стаханову относятся к грозовой погоде. По данным Барри в 90% собранных им случаев шаровая молния наблюдалась во время грозы. При этом во многих работах сообщалось, что шаровая молния возникала непосредственно после удара линейной молнии.[ ...]
Заметим, что шаровая молния появилась не сразу, а через 3-4 с после разряда линейной молнии. Кроме того, автор письма привел слишком много подробностей события, так что вряд ли можно считать виденное им галлюцинацией. Подобные наблюдения не единичны.[ ...]
Образование шаровой молнии из канала линейной молнии с рассматриваемой точки зрения представляется следующим образом. Некоторое количество горячего диссоциированного воздуха, выброшенного ударной волной из канала линейной молнии, смешивается с окружающим холодным воздухом и охлаждается столь быстро, что небольшая доля атомарного кислорода в нем не успевает рекомбинировать. По изложенным выше соображениям этот кислород должен превратиться за 10 5 с в озон. Допустимая доля горячего воздуха в образовавшейся смеси сильно ограничена, так как температура смеси не должна превышать 400 К, в противном случае образовавшийся озон быстро разложится. Это ограничивает количество озона в смеси значением порядка 0,5-1 % . Для получения более высоких концентраций озона в рассмотрено возбуждение кислорода током молнии. Автор приходит к выводу, что это может привести к возникновению смеси, содержащей до 2,6 % озона. Таким образом, в данном случае разряд молнии действительно входит в предложенную схему как необходимая деталь картины. Это выгодно отличает рассматриваемую гипотезу от других химических гипотез, где собственно разряд не играет, на первый взгляд, никакой роли и остается непонятным, почему шаровая молния так тесно связана с грозой.[ ...]
Настоящая же шаровая молния появляется, как правило, во время грозы, нередко при сильном ветре. Канал линейной молнии возобновляется стреловидным лидером через каждые 30-40 мс, да и существует он не более 0,1 - 0,2 с.[ ...]
Возникновение шаровой молнии можно представить с этой точки зрения следующим образом. После удара линейной молнии остается небольшая часть ее канала, нагретая до высокой температуры. С окончанием разряда ток не прекращается. Теперь яркий искровой разряд сменяется темным, несветящимся разрядом, в котором ток течет вдоль погасшего канала линейной молнии. Воздух здесь содержит повышенное количество ионов, не успевших рекомбинировать. Проводимость этого столба воздуха, заполненного ионами, ширина которого предполагается значительно большей первоначального диаметра канала молнии, принимается порядка 10“3- -10 4 м 1 Ом 1. Движение шаровой молнии возникает от действия магнитного поля тока на тот же ток при нарушении цилиндрической симметрии. Взрыв рассматривается как схлопывание в результате прекращения тока. Впрочем, при резком и сильном возрастании тока может произойти взрыв в обычнохм смысле этого слова. Тихое погасание происходит при медленном прекращении тока.[ ...]
Известно, что разряд обычной линейной молнии имеет сложную, иногда весьма извилистую траекторию в атмосфере. Развитие разряда можно изучать с помощью фотосъемки, применяя высокоскоростные камеры. В камерах, используемых для съемки молний, пленка может быстро двигаться в горизонтальном или вертикальном направлении. Типичная скорость движения пленки составляет 500-1000 см/с. Такая скорость необходима потому, что скорость продвижения канала молнии достигает величины 5 108см/с.[ ...]
Принято считать, что четочная молния возникает из канала аномальной молнии между двумя тучами. Канал разряда обычной молнии распадается на ряд не связанных друг с другом светящихся фрагментов. Законченная форма четочной молнии состоит из большого числа частей, по-видимому, существующих одновременно, а не является кажущимся результатом движения одиночного светящегося объекта с периодически меняющейся яркостью. Наблюдателям она представляется в виде устойчивого свечения вдоль траектории обычной линейной молнии, которое существует довольно долгое время после вспышки последней. Согласно сообщениям, время жизни такой четочной молнии составляет 1-2 с.[ ...]
Согласно сообщениям, четочная молния обычно появляется между двумя тучами, образуя прерывистую линию светящихся «пятен», которая остается в течение некоторого времени после появления обычной линейной молнии Светящиеся «пятна» имеют такой же угловой размер, как и диаметр канала линейной молнии, и, по-видимому, обладают сферической формой. Каждое «пятно» отделено от соседнего несветящейся областью. Размер темного промежутка может составлять несколько диаметров светящихся частей.[ ...]
Наблюдалось появление шаровой молнии при ударе линейной молнии в воду. О нем сообщил нам И. А. Гулидов из Харькова.[ ...]
Прежде всего отметим, что шаровая молния далеко не всегда появляется после определенного разряда линейной молнии. Согласно нашим данным в 75 % случаев наблюдатель не может указать определенно, предшествовал ли удар линейной молнии появлению шаровой молнии. По-видимому, она может появиться в результате отдаленного разряда линейной молнии, который не фиксируется наблюдателем, например при разряде между облаками, а затем спуститься вниз к земле. Во многих случаях (приблизительно в 20-30 %) ее вообще не связывают с грозой. Согласно нашим данным это происходит приблизительо в 25 % случаев, примерно такую же цифру - 30 % - дает опрос в Великобритании . Однако даже в тех случаях, когда шаровая молния появляется вслед за определенным ударом линейной молнии, наблюдатель далеко не всегда видит вспышку, иногда он слышит только гром. Так было, например, со всеми четырьмя очевидцами, видевшими шаровую молнию в Кремле (см. № 1). Сторонники теории инерции изображения должны, таким образом, допустить, что по-слеобраз может возникать не только от вспышки молнии, но и от звука грома. Иногда вспышку молнии отделяет от появления шаровой молнии несколько секунд, которые требуются, чтобы шаровая молния попала в поле зрения наблюдателя или чтобы он обратил на нее внимание. Приведем несколько примеров из полученной корреспонденции.[ ...]
Если, как это часто считают, шаровая молния образуется при разряде линейной молнии, то можно значительно увеличить вероятность ее наблюдения. Для этого достаточно организовать регулярное наблюдение за теми объектами, которые часто поражает линейная молния (высотные шпили, телевизионные вышки, опоры линий электропередачи и др.). Так, частота попадания линейной молнии в Останкинскую башню составляет несколько десятков случаев в год. Если» вероятность появления шаровой молнии при разряде линейной молнии не меньше 0,1-0,01, то имеется много шансов обнаружить шаровую молнию в течение одного сезона. При этом, конечно, необходимо допустить, что попадание молнии в башню не исключает по тем или иным причинам появление шаровой молнии. Кроме того, нужно применять соответствующую аппаратуру, поскольку, если учесть большую высоту башни, угловой размер шаровой молнии (при наблюдении с земли) будет очень мал, а яркость ее ничтожна по сравнению с яркостью канала линейной молнии.[ ...]
Капля расплавленного металла, попав в канал линейной молнии, также может образовать светящуюся сферу, движение которой, однако, будет существенно отличаться от движения шаровой молнии. В связи с большим удельным весом такие капли будут неизбежно стекать вниз или быстро падать, в то время как шаровая молния может парить, двигаться горизонтально или подниматься. Даже если предположить, что расплавленная капля металла приобретает в момент образования значительный импульс, ее движение из-за большой инерции мало будет напоминать движения, которые обычно приписывают шаровой молнии. Наконец, речь может идти в данном случае лишь о шаровых молниях небольшого размера, диаметр которых составляет несколько сантиметров, в то время как подавляющее большинство молний имеет значительно большие размеры (10-20 см, а иногда и больше).[ ...]
Только немногие очевидцы, наблюдавшие шаровую молнию, видят также и момент ее зарождения. Из 1500 ответов на первую анкету определенный ответ на вопрос о том, как возникает шаровая молния, дали лишь 150 человек. В ответах на вторую анкету мы получили подробное описание почти всех этих событий.[ ...]
Не вызывает сомнения, что происхождение шаровой молнии в большинстве случаев тесно связано с разрядом линейной молнии. Относительно первого вопроса практически нет сомнения в том, что по крайней мере в тех случаях, когда рождение шаровой молнии сопровождается разрядом линейной молнии, энергия подводится к ней через канал линейной молнии, а затем согласно кластерной гипотезе запасается в форме энергии ионизации кластерных ионов. Полагая, что разность потенциалов между облаком и землей может достигать 108 В, а заряд, переносимый разрядом молнии, 20-30 К , находим, что энергия, выделяемая в разряде линейной молнии, составляет (2ч-3) 109 Дж. При средней длине канала 3-5 км энергия на единицу длины составляет около 5-105 Дж/м. Во время заряда эта энергия распределяется вдоль канала и может положить начало возникновению шаровой молнии. В некоторых случаях она может быть передана по проводникам на значительное расстояние от места удара линейной молнии.[ ...]
Наиболее вероятным местом возникновения шаровой молнии является, по нашему мнению, корона разряда линейной молнии. Как и всякий проводник, находящийся под высоким потенциалом, канал линейной молнии окружен коронным разрядом, занимающим широкую область (порядка 1 м в диаметре), в которой во время разряда образуется большое количество ионов. Температура этой области во много раз ниже температуры канала молнии и едва ли превышает, особенно в ее периферических частях, несколько сотен градусов. В таких условиях: ионы легко могут покрыться гидратными оболочками, превратившись в ионные гидраты или другие кластерные ионы. Мы видим, что как размеры, так и температурные условия, существующие в короне, значительно лучше подходят для образования шаровой молнии, чем условия, характерные для токонесущего канала разряда.[ ...]
В письме В. В. Мошарова сообщается о том, что шаровая молния возникла после удара линейной молнии в антенну телевизора.[ ...]
Итак, разрядные токи, появившиеся при взрыве шаровой молнии, текли и на значительном расстоянии от места взрыва. Свалить эти последствия на разряд линейной молнии в данном случае совершенно невозможно, так как гроза в это время уже кончилась. Появление сильных импульсов тока может приводить и к оплавлению металлов, следовательно, эти токи могут, хотя бы частично, быть ответственны за оплавления, вызываемые шаровой молнией. Конечно, энергия, потраченная на плавление, не заключена в самой шаровой молнии, и это может объяснить большой разброс тепловыделения.[ ...]
Заметим, что согласно последнему наблюдению шаровая молния возникла хотя и вблизи дерева, в которое ударила линейная молния, но все же несколько в стороне, в двух метрах от него.[ ...]
Для защиты воздушных линий от повреждения прямым ударом молнии применяют линейные трубчатые разрядники, устанавливаемые на опорах на период грозового сезона. Разрядники осматривают при каждом очередном обходе линий, а особо тщательно после грозы.[ ...]
Второй аргумент заключается в том, что образование шаровой молнии занимает интервал времени в несколько секунд. Хотя шаровая молния и появляется вслед за разрядом линейной молнии, однако, судя по показаниям очевидцев, требуется некоторое время, чтобы она «разгорелась» или выросла в диаметре до стационарного размера или сформировалась в самостоятельное сферическое тело. Это время (1-2 с) приблизительно на порядок превосходит полную длительность существования канала линейной молнии (0,1-0,2 с) и более чем на два порядка больше времени распада канала (10 мс).[ ...]
Выше мы описывали главным образом случаи появления шаровой молнии из проводников во время близкого удара линейной молнии или, по крайней мере, когда возможность такого удара не исключалась. Возникает вопрос - может ли шаровая молния возникнуть и без предшествующего разряда линейной молнии. На основе -анализа ряда случаев можно с полной определенностью ответить на этот вопрос положительно. В качестве одного из примеров можно напомнить случай (№ 47), описанный в начале § 2.6, когда„шаровая молния появилась на клеммах аккумуляторной батареи. Приведем еще несколько примеров, в которых подробно описано возникновение шаровой молнии.[ ...]
Вернемся снова к вопросу об объективной частоте появлений шаровой молнии. Естественным масштабом для сравнения является частота появления линейных молний. В предварительный опрос, проведенный ЫАБА, были включены также вопросы о наблюдении четочной молнии и о месте попадания линейной молнии. В последнем вопросе имеют в виду наблюдение области диаметром около 3 м, расположенной там, где канал линейной молнии уходит в землю или в предметы, находящиеся на ней. Утвердительный ответ на этот вопрос означал, что наблюдатель видел это место достаточно отчетливо, чтобы иметь возможность заметить небольшой слабо светящийся шар около земли.[ ...]
Для этого класса фотографий характерно наличие вблизи следа обычной линейной молнии отдельного небольшого светящегося участка, явно образованного молнией и оставшегося как нечто, отделенное от основного разряда.[ ...]
И. П. Стаханов специально проводил анализ описания наблюдений шаровой молнии с точки зрения их возникновения. Им отобраны 67 случаев, когда был зафиксирован момент появления шаровой молнии. Из них в 31 случае шаровая молния возникла в непосредственной близости от канала линейной молнии, в 29 случаях она появлялась из металлических предметов и устройств - розеток, радиоприемников, антенн, телефонных аппаратов и т. д., в 7 случаях она загоралась в воздухе «из ничего».[ ...]
Молниевый канал, т.е. путь, по которому проскакивает искровой разряд, судя по фотографиям молний, сделанных специальными камерами, имеет диаметр от 0,1 до 0,4 м. Продолжительность разряда оценивается микросекундами. Наблюдения молнии, развивающейся за столь короткое время, не противоречат теории видимости в атмосфере, где время, необходимое для наблюдения, как было рассмотрено ранее, должно превышать 0,5 с. За микросекунды развития молнии очень яркая область молниевого канала оказывает столь сильное воздействие на зрительный аппарат человека, что за время, необходимое для реадаптации зрения, он успевает осмыслить происшедшее. Аналогичен этому зрительный эффект ослепления, скажем, фотовспышкой. По этой же причине линейная молния воспринимается нами как единый искровой разряд, реже - два, хотя, по данным специальных фотосъемок, она практически всегда состоит из 2-3 импульсов и более, до десятков.[ ...]
Проведенные исследования позволяют однозначно ответить на вопрос, существует ли вообще шаровая молния как физическое явление. В свое время была выдвинута гипотеза о том, что шаровая молния является оптической иллюзией. Эта гипотеза существует и в настоящее время (см., например, ). Суть этой гипотезы состоит в том, что сильная вспышка линейной молнии в результате фотохимических процессов может оставить след на сетчатке глаза наблюдателя, который сохраняется на ней в виде пятна в течение 2-10 с; это пятно и воспринимается как шаровая молния. Такое утверждение отвергается всеми авторами обзоров и монографий, посвященных шаровой молнии, которые предварительно обработали большое число наблюдений. Делается это по двум причинам. Во-первых, каждое из многочисленных наблюдений, используемых как довод в пользу существования шаровой молнии, в процессе ее наблюдения включает в себя много деталей, которые не могли возникнуть в мозгу наблюдателя в качестве последействия вспышки шаровой молнии. Во-вторых, имеется ряд надежных фотографий шаровой молнии, и это объективно доказывает ее существование. Таким образом, на основе совокупности данных по наблюдению шаровой молнии и их анализу можно с полной уверенностью утверждать, что шаровая молния - это реальное явление.[ ...]
При постановке своих экспериментов Андрианов и Синицын исходили из предположения, что шаровая молния возникает как вторичный эффект линейной молнии из испарившегося после ее действия материала. Для моделирования такого явления авторы использовали так называемый эррозиопный разряд - импульсный разряд, который создает плазму из испаряющегося материала. Запасенная энергия в условиях эксперимента составляла 5 кДж, разность потенциалов 12 кВ, емкость разряжаемого конденсатора 80 мкФ. Разряд направлялся на диэлектрический материал, максимальный разрядный ток составлял 12 кА. Область разряда вначале отделялась от нормальной атмосферы тонкой мембраной, которая разрывалась при включении разряда, так что эрро-зионная плазма выбрасывалась в атмосферу. Движущаяся светящаяся область принимала сферическую или тороидальную форму, причем видимое излучение плазмы наблюдалось в течение времени порядка 0,01 с, а вообще свечение плазмы фиксировалось не более 0,4 с. Эти эксперименты лишний раз показывают, что время жизни плазменных образований в атмосферном воздухе существенно меньше наблюдаемого времени жизпи шаровой молнии.[ ...]
На рис. 2.4 приведена фотография из , особенности изображения на которой близки к описанным характеристикам четочной молнии. Прерывистое свечение, как сообщалось, наблюдалось вместе с обычной линейной молнией. Как видно, след четочной молнии в отличие от обычных разрядов молнии не ветвится. Эта особенность, совершенно несвойственная следу обычной молнии, по наблюдениям очевидцев, является отличительной чертой четочной молнии. Однако происхождение этого особого следа на рис. 2.4 стоит под вопросом, поскольку в верхней части фотографии имеется часть следа, повторяющая только что описанный след (его форма явно совпадает с формой основного изображения четочной молнии). Невероятно, чтобы два или более разряда приобрели столь близкие формы под действием атмосферных электрических полей и далеко отстоящих друг от друга пространственных зарядов. Таким образом, фотография рис. 2.4 является сомнительной. Она связана, видимо, с движением камеры, а не представляет собой истинный след четочной молнии.[ ...]
Вблизи земли найти эту воду не представляет никакого труда. Она может содержаться в воздухе и на поверхности земли, на листьях в виде росы и на других предметах. За время разряда молнии (0,1-0,2 с) она испаряется и может заполнить значительный объем. В воздухе (в частности, в облаках) вода распределена в виде капель и паров. Поскольку вещество шаровой молнии обладает поверхностным натяжением, оно будет иметь тенденцию собираться в одном месте подобно растянутой упругой пленке. Поэтому можно думать, что ионы, из которых состоит шаровая молния, образуются и одеваются в гидратные оболочки в довольно большом объеме, во много раз превышающем объем самой шаровой молнии, и лишь после этого сжимаются и объединяются в одно тело. На это указывают и очевидцы (см. гл. 2). Напомним, что один из них, в частности, говорит, что после удара линейной молнии во вспаханное поле по его поверхности побежали «огоньки», которые собрались затем в один шар, оторвавшийся от земли и поплывший по воздуху (см. № 67).