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.
Тучи раскинули крылья и солнце от нас закрыли…
Почему иногда во время дождя мы слышим гром и видим молнию? Откуда берутся эти вспышки? Вот сейчас мы подробно об этом и расскажем.
Что же такое – молния?
Что такое молния ? Это удивительное и очень загадочное явление природы. Она почти всегда бывает во время грозы. Кого-то изумляет, кого-то пугает. Пишут о молнии поэты, изучают это явление ученые. Но многое осталось неразгаданным.
Одно известно точно – это гигантская искра. Словно взорвался миллиард электрических лампочек! Длина ее огромна – несколько сотен километров! И от нас она очень далеко. Вот почему сначала мы видим ее, а только потом – слышим. Гром – это «голос» молнии. Ведь свет долетает до нас быстрей, чем звук.
А еще молнии бывают на других планетах. Например, на Марсе или Венере. Обычная молния длится всего долю секунды. Состоит она при этом из нескольких разрядов. Появляется молния иногда совсем неожиданно.
Как образуется молния?
Рождается молния обычно в грозовом облаке, высоко над землей. Грозовые облака появляются, когда воздух начинает сильно нагреваться. Вот почему после сильной жары бывают потрясающие грозы. Миллиарды заряженных частичек буквально слетаются в то место, где она зарождается. И когда их собирается очень-очень много, они вспыхивают. Вот откуда берется молния – из грозовой тучи. Она может ударить в землю. Земля притягивает ее. Но может разорваться и в самом облаке. Все зависит от того, какая это молния.
Какие бывают молнии?
Виды молний бывают разные. И знать об этом нужно. Это не только «ленточка» на небе. Все эти «ленточки» отличаются друг от друга.
Молния – это всегда удар, это всегда разряд между чем-то. Их насчитывают более десяти! Назовем пока только самые основные, прилагая к ним картинки молнии:
- Между грозовой тучей и землей. Это те самые «ленточки», к которым мы привыкли.
Между высоким деревом и тучей. Та же самая «ленточка», но удар направлен в другую сторону.
Ленточная молния – когда не одна «ленточка», а несколько параллельно.
- Между облаком и облаком, или просто «разыграется» в одном облаке. Такой вид молнии часто можно увидеть во время грозы. Просто нужно быть внимательным.
- Бывают и горизонтальные молнии, которые земли вообще не касаются. Они наделены колоссальной силой и считаются самыми опасными
- А о шаровых молниях слышали все! Мало только, кто их видел. Еще меньше тех, кто желал бы их увидеть. А есть и такие люди, которые в их существование не верят. Но шаровые молнии существуют! Сфотографировать такую молнию сложно. Взрывается она быстро, хотя может и «погулять», а вот человеку рядом с ней лучше не двигаться – опасно. Так что – не до фотоаппарата тут.
- Вид молнии с очень красивым названием – «Огни Святого Эльма». Но это не совсем молния. Это сияние, которое появляется в конце грозы на остроконечных зданиях, фонарях, корабельных мачтах. Тоже искра, только не затухающая и не опасная. Огни Святого Эльма – это очень красиво.
- Вулканические молнии возникают при извержении вулкана. Сам вулкан уже имеет заряд. Это, вероятно, и является причиной возникновения молнии.
- Спрайтовые молнии – это такие, которые с Земли не увидишь. Они возникают над облаками и их изучением пока мало кто занимается. Молнии эти похожи на медуз.
- Пунктирная молния почти не изучена. Наблюдать ее можно крайне редко. Визуально она действительно похожа на пунктир – будто молния-ленточка тает.
Вот такие вот бывают молнии разные. Только закон для них один – электрический разряд.
Заключение.
Еще в древности молния считалась и знамением, и яростью Богов. Она была загадкой раньше и остается ею сейчас. Как бы ни раскладывали ее на мельчайшие атомы и молекулы! И всегда это – безумно красиво!
Ученые знают, что линейная молния - та, которую часто приходится видеть во время гроз - это искровой разряд огромных электрических зарядов, скапливающихся при особых условиях в нижних слоях атмосферы. Форма молнии обычно напоминает корни гигантского дерева, внезапно разросшегося в поднебесье. Длина линейной молнии обычно составляет несколько километров, но может достигать 20 км и более. Основная «искра» молнии имеет несколько ответвлений длиной 2-3 км. Диаметр канала молнии составляет от 10 до 45 см, а «живет» она всего десятые доли секунды. Средняя скорость ее движения - около 150 км/с.
Чаще всего молнии возникают в мощных кучево-дождевых облаках - их называют также грозовыми. Реже молнии образуются в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.
Разряды молний могут происходить между соседними наэлектризованными облаками, между заряженным облаком и землей или между разными частями одного и того же облака. Для того чтобы произошел разряд, должна возникнуть очень значительная разность электрических потенциалов. Это может произойти во время дождя, снегопада, при образовании града и в результате других сложных природных процессов. Разность потенциалов может составлять десятки миллионов вольт, а сила тока внутри канала молнии достигает 20 тысяч ампер.
Ученые до сих пор не пришли к единому мнению, как и почему в грозовых облаках возникают такие громадные заряды. На этот счет существует несколько теорий, и каждая из них описывает по крайней мере одну из причин этого явления. Так, в 1929 г. появилась теория, объясняющая электризацию в грозовом облаке тем, что дождевые капли дробятся потоками воздуха. Более крупные капли заряжаются положительно и опускаются вниз, а остающиеся в верхней части облака более мелкие приобретают отрицательный заряд. Другая теория - ее называют индукционной - предполагает, что электрические заряды в облаке разделяются электрическим полем Земли, которая сама заряжена отрицательно. Есть и еще одна теория - ее авторы считают, что электризация происходит в результате того, что капли разных размеров, находящиеся в атмосфере, поглощают ионы газов, имеющие различные заряды.
На Земле каждую секунду происходит около 100 разрядов линейной молнии, а в течение года она шесть раз поражает каждый квадратный километр ее поверхности. Иногда молния может вести себя совершенно необъяснимо.
Известны случаи, когда молния:
Сожгла на человеке белье, оставив целой верхнюю одежду;
Вырвала из рук человека металлические предметы и не причинила ему вреда;
Сплавила воедино все монеты в кошельке, не повредив бумажных денег;
Бесследно уничтожила надетый на шею медальон на цепочке, оставив на коже человека отпечаток цепочки и медальона, который не сходил несколько лет;
Трижды поражала человека, не причиняя ему вреда, а когда он умер после длительной болезни, в четвертый раз угодила в памятник на его могиле.
О людях, пораженных молнией, рассказывают и еще более странные истории, но далеко не все они имеют подтверждение. Единственное, о чем свидетельствует статистика, - молнии в шесть раз чаще поражают мужчин, чем женщин.
Несмотря на то, что сила разряда невероятно велика, большинство получивших удар молнии не погибают. Это происходит потому, что основной ток молнии как бы «стекает» по поверхности человеческого тела. Чаще всего дело ограничивается сильными ожогами и поражениями сердечно-сосудистой и нервной систем, причем жертве этого природного явления необходимо срочно оказать медицинскую помощь.
Самой частой «мишенью» молний становятся высокие деревья, прежде всего дубы и буки. Интересно, что среди скрипичных и гитарных мастеров древесина пораженных молнией деревьев считается наделенной уникальными акустическими свойствами.
Каждую секунду в атмосфере Земли возникает примерно 700 молний, и каждый год около 3000 человек погибают из-за удара молнии. Физическая природа молнии не объяснена окончательно, а большинство людей имеют лишь приблизительное представление о том, что это такое. Какие-то разряды сталкиваются в облаках, или что-то в этом роде. Сегодня мы обратились к нашим авторам по физике, чтобы узнать о природе молнии больше. Как появляется молния, куда бьет молния, и почему гремит гром. Прочитав статью, вы будете знать ответ на эти и многие другие вопросы.
Что такое молния
Молния – искровой электрический разряд в атмосфере.
Электрический разряд – это процесс протекания тока в среде, связанный с существенным увеличением ее электропроводности относительно нормального состояния. Существуют разные виды электрических разрядов в газе: искровой , дуговой , тлеющий .
Искровой разряд происходит при атмосферном давлении и сопровождается характерным треском искры. Искровой разряд представляет собой совокупность исчезающих и сменяющих друг друга нитевидных искровых каналов. Искровые каналы также называют стримерами . Искровые каналы заполнены ионизированным газом, то есть плазмой. Молния – гигантская искра, а гром – очень громкий треск. Но не все так просто.
Физическая природа молнии
Как объясняют происхождение молнии? Система туча-земля или туча-туча представляет собой своеобразный конденсатор. Воздух играет роль диэлектрика между облаками. Нижняя часть облака имеет отрицательный заряд. При достаточной разности потенциалов между тучей и землей возникают условия, в которых происходит образование молнии в природе.
Ступенчатый лидер
Перед основной вспышкой молнии можно наблюдать небольшое пятно, движущееся от тучи к земле. Это так называемый ступенчатый лидер. Электроны под действием разности потенциалов, начинают двигаться к земле. Двигаясь, они сталкиваются с молекулами воздуха, ионизируя их. От тучи к земле прокладывается как бы ионизированный канал. Из-за ионизации воздуха свободными электронами электропроводность в зоне траектории лидера существенно возрастает. Лидер как бы прокладывает путь для основного разряда, двигаясь от одного электрода (тучи) к другому (земле). Ионизация происходит неравномерно, поэтому лидер может разветвляться.
Обратная вспышка
В момент, когда лидер приближается к земле, напряженность на его конце растет. Из земли или из предметов, выступающих над поверхностью (деревья, крыши зданий) навстречу лидеру выбрасывается ответный стример (канал). Это свойство молний используется для защиты от них путем установки громоотвода. Почему молния бьет в человека или в дерево? На самом деле ей все равно, куда бить. Ведь молния ищет наиболее короткий путь между землей и небом. Именно поэтому во время грозы опасно находиться на равнине или на поверхности воды.
Когда лидер достигает земли, по проложенному каналу начинает течь ток. Именно в этот момент и наблюдается основная вспышка молнии, сопровождаемая резким ростом силы тока и выделением энергии. Здесь уместен вопрос, откуда идет молния? Интересно, что лидер распространяется от тучи к земле, а вот обратная яркая вспышка, которую мы и привыкли наблюдать, распространяется от земли к туче. Правильнее говорить, что молния идет не от неба к земле, а происходит между ними.
Почему молния гремит?
Гром возникает в результате ударной волны, порождаемой быстрым расширением ионизированных каналов. Почему сначала мы видим молнию а потом слышим гром? Все дело в разности скоростей звука (340,29 м/с) и света (299 792 458 м/с). Посчитав секунды между громом и молнией и умножив их на скорость звука, можно узнать, на каком расстоянии от Вас ударила молния.
Нужна работа по физике атмосферы? Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на
Виды молний и факты о молниях
Молния между небом и землей – не самая распространенная молния. Чаще всего молнии возникают между облаками и не несут угрозы. Помимо наземных и внутриоблачных молний, существуют молнии, образующиеся в верхних слоях атмосферы. Какие есть разновидности молний в природе?
- Внутриоблачные молнии;
- Шаровые молнии;
- «Эльфы»;
- Джеты;
- Спрайты.
Последние три вида молний невозможно наблюдать без специальных приборов, так как они образуются на высоте от 40 километров и выше.
Приведем факты о молниях:
- Протяженность самой длинной зафиксированной молнии на Земле составила 321 км. Эта молния была замечена в штате Оклахома, 2007 г .
- Самая долгая молния длилась 7,74 секунды и была зафиксирована в Альпах.
- Молнии образуются не только на Земле . Точно известно о молниях на Венере , Юпитере , Сатурне и Уране . Молнии Сатурна в миллионы раз мощнее земных.
- Сила тока в молнии может достигать сотен тысяч Ампер, а напряжение – миллиарда Вольт.
- Температура канала молнии может достигать 30000 градусов Цельсия – это в 6 раз больше температуры поверхности Солнца.
Шаровая молния
Шаровая молния – отдельный вид молнии, природа которого остается загадкой. Такая молния представляет собой движущийся в воздухе светящийся объект в форме шара. По немногочисленным свидетельствам шаровая молния может двигаться по непредсказуемой траектории, разделяться на более мелкие молнии, может взорваться, а может просто неожиданно исчезнуть. Существует множество гипотез о происхождении шаровой молнии, но ни одна не может быть признана достоверной. Факт - никто не знает, как появляется шаровая молния. Часть гипотез сводят наблюдение этого явления к галлюцинациям. Шаровую молнию ни разу не удалось наблюдать в лабораторных условиях. Все, чем могут довольствоваться ученые – это свидетельства очевидцев.
Напоследок предлагаем Вам посмотреть видео и напоминаем: если курсовая или контрольная свалилась на голову как молния в солнечный день, не нужно отчаиваться. Специалиста студенческого сервиса выручают студентов с 2000 года. Обращайтесь за квалифицированной помощью в любое время. 24 часа в сутки, 7 дней в неделю мы готовы помочь вам.
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).