Шаровые молнии подпитываются горящей землёй

Александр Березин — 10 января 2014 года, 13:12

Шаровая молния — очень странный феномен; эти огненные шары и эллипсоиды не только опасны, но и ведут себя диковинно, иногда «преследуя» движущиеся объекты, в том числе людей, пролетая через окна и появляясь прямо в самолётах...

...Наблюдать их трудно, благо не очень понятно, где ждать появления молнии. В итоге удовлетворительного объяснения всех особенностей шаровых молний (ШМ) до сих пор так и нет. Даже описания свидетелей, мягко говоря, сильно разнятся. Хотя «нормой» считаются размеры в 1–100 см и движение над поверхностью со скоростью в несколько м/с, а время жизни обычно указывается в 1–10 с, есть и иные (хотя и единичные) описания. А что с цветом ШМ? Он белый, оранжевый, пурпурный или зелёный?..

Необыкновенно крупную шаровую молнию удалось зарегистрировать во время обычной грозы. (Фото iStockphoto / Storman.)


В 2000 году Джон Абрахамсон (John Abrahamson ) и Джеймс Диннисс (James Dinniss) из Кентерберийского университета (Новая Зеландия) предположили, что ШМ возникает в те моменты, когда обычная молния ударяет в богатую кремнием почву. Как только почва нагревается до такой степени, что начинает испаряться, углерод из неё восстанавливает кремний из его диоксида. В воздушной среде кремний ещё раз окисляется, причём очень быстро, давая типичное излучение чёрного тела. Его-то мы и видим как шаровую молнию. В 2006 году несколько израильских исследователей попробовали повторить это экспериментально и создали левитирующие огненные шары, облучая твёрдые материалы, в том числе кремний, микроволнами, призванными имитировать ситуацию после попадания молнии в некий предмет. Хотя определённое сходство наблюдалось, посчитать это строгим доказательством никто не решился.

Ну а в 2012-м китайские учёные, ведомые Цзяньюн Цэнем (Jianyong Cen) из Северо-Западного университета, неожиданно для самих себя подошли к проблеме с другой стороны, наблюдая на Тибетском нагорье за обычными молниями с помощью высокоскоростных камер высокого разрешения. Цель была простой и непритязательной: определение спектральных характеристик обычных молний. Но по чистой случайности одна из молний сопровождалась появлением светящейся сферы размером примерно в 5 м (!), двигавшейся со скоростью 8,6 м/с и просуществовавшей лишь 1,5 с. Сначала она была яркой пурпурно-белой, затем цвет постепенно начал сдвигаться в сторону оранжевого, белого, а закончилось всё красным.



Явление было снято цифровой камерой, а последняя его часть — ещё и камерой, работавшей со скоростью 3 000 к/с (увы, сначала она была отключена).

Проанализировав изображения, учёные ответили на главный вопрос: в этой ШМ были спектральные следы кремния, железа и кальция — основных минеральных компонентов почвы. Китайские товарищи уверены: это подтверждает теорию 2000 года о том, что основной источник излучения ШМ — ядро, состоящее из инициализированных ударом обычной молнии почвенных компонентов. Правда, подчёркивают они, флуктуации интенсивности света ШМ почему-то были в районе 100 Гц, что с учётом близости места удара молнии к ЛЭП (с 50 Гц) может означать влияние линии электропередачи на шаровую молнию. Этим же может объясняться и аномально большой размер объекта, резко выпадающий из круга обычных свидетельств очевидцев.

Исследование обычных молний на Тибетском нагорье не имело никакого отношения к молниям шаровым — и провести их первое детальное наблюдение in situ позволила лишь случайность. (Илл. Wikimedia Commons.)


Таким образом, совершенно чистый эксперимент всё же не удался. Но и это — настоящее достижение, возможно, важнейший шаг на пути к разгадке сложнейшего явления, столько веков (тысячелетий?) не поддававшегося подробному научному анализу. И вообще, если мы не ошибаемся, это первое научное наблюдение спектра излучения шаровой молнии и, бесспорно, первое точное отслеживание изменений её цвета на протяжении жизни объекта. Во всяком случае теперь понятно, почему свидетели появления ШМ, наблюдающие её одновременно из одной точки, описывают цвет по-разному и чем могут быть вызваны разные оптические параметры таких явлений в разных уголках Земли.

Но в наблюдениях есть и моменты, не предсказанные авторами теории 2000 года: спектральные линии азота и кислорода в излучении ШМ колебались весьма значительно в течение всей её короткой жизни, а спектральные линии кремния и железа менялись очень медленно. По мнению г-на Абрахамсона, это свидетельство того, что «от одной и той же шаровой молнии свечение обеспечивают два разных источника».

Отчёт об исследовании будет опубликован в грядущем номере Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.