Шаровая молния. Новая гипотеза о её происхождении

Иногда, при наличии определенных условий, небольшой и относительно шарообразный кусочек атмосферы, которая нас окружает, на короткое время загорается.

Эти шары огня называют блуждающими огнями, огнями святого Эльма, призрачными огнями или шаровыми молниями. Прежде считалось, что они зависают нам могилами, танцуют вдоль берегов рек, сигнализируют о приближении землетрясения и проникают в салоны самолетов. Даже сегодня у нас нет четкого объяснения того, как они возникают и что они делают. Но это вовсе не значит, что ученые оставили попытки выяснить это. В июне китайский ученый Хуэй-Чунь У (Hui-Chun Wu) предложил новое убедительное объяснение этого феномена, опубликовав статью в журнале Scientific Reports.

Некоторые огненные шары являются продуктом жизнедеятельности живых организмов. Например, разложение живой материи в болотистой местности (или даже на местах массовых захоронений в польских лесах) приводит к высвобождению метана и фосфоросодержащих газов, таких как фосфороводород, которые могут внезапно загореться при контакте с кислородом, в результате чего возникает мерцающее световое пятно, зависшее в воздухе. Другие огненные шары имеют электрическую природу, вспыхивая внутри земли во время землетрясений, когда в результате столкновения каменных глыб высвобождается поток электронов, поднимающихся на поверхность, где они вступают во взаимодействие с воздухом, порождая вспышки света. Но некоторые огненные шары формируются в атмосфере, обычно во время сильных гроз, и их называют шаровыми молниями.
Шаровые молнии могут быть любых цветов радуги и самых разных размеров — от обычного игрушечного стеклянного шарика до больших фитболов, на которых люди иногда сидят. Они могут образовываться внутри закрытых пространств, спускаться по каминным трубам и даже проникать через закрытые окна. Помимо того, что они производят свет, шаровые молнии могут генерировать разряды и зачастую издают шипение или жужжание, а также сильный неприятный запах. Обычно шаровая молния существует в течение всего нескольких секунд и горит с интенсивностью яркой бытовой лампочки. Непредсказуемый и изменчивый характер шаровых молний мешает сформулировать убедительную теорию, объясняющую ее природу, однако сообщения о ее странностях поступали в течение многих веков и продолжают поступать сегодня.

К примеру, весной 1963 года ныне покойный астроном Роджер Дженнисон (Roger Jennison) летел ночным рейсом через грозовые облака и заметил появление горящего шара размером с баскетбольный мяч вскоре после того, как молния попала в самолет. По его словам, этот шар «появился со стороны кабины пилота и пролетел по проходу между креслами, сохраняя постоянную высоту и курс на всем пути, пока его было видно». В другой раз жительница Соединенного Королевства рассказала о том, что она была дома, «когда огромный оранжевый шар, похожий на грейпфрут, но более оранжевый и рыхлый по краям, влетел через окно, которое было закрыто и на котором шторы тоже были задернуты. Он летел горизонтально примерно на высоте плеч в течение около 10 секунд, после чего прямо над моей головой раздался удар грома, такой сильный, что я упала с кресла».

Проникновение шаровых молний в жилые дома и их способность образовываться внутри самолетов оказалось крайне сложно объяснить. Объяснения того, как они образовываются, даже более разнообразны, чем их физические характеристики. К примеру, согласно различным теориям, шаровая молния может представлять собой облако раскаленных кремниевых частиц, природную ядерную реакцию, эпилептическую галлюцинацию, возникающую из-за воздействия молнии, миниатюрную черную дыру, соединение целлюлозы и других природных полимеров и наполненный микроволнами пузырь плазмы.

Гипотеза микроволновых пузырей легла в основу работы У, ученого из Чжэцзянского университета в Ханчжоу, Китай. Прежде ученые предполагали, что такие пузыри могут образовываться под воздействием микроволнового излучения грозовых облаков или атмосферных мазеров, однако У выдвинул гипотезу о том, что эти микроволны исходят от пучка электронов, которые разгоняются почти до скорости света, когда молния ударяет в землю. Эти электроны разгоняются до таких скоростей под воздействием электрического поля, возникающего, когда поток электронов пошагово движется от основания облака к земле непосредственно перед яркой вспышкой молнии. «На кончике вспышки молнии, достигшей земли, — пишет У, — может образовываться пучок электронов, движущихся с околосветовой скоростью, который в свою очередь порождает интенсивное микроволновое излучение».

Независимо от источника, атмосферные микроволны порождают плазму, заряжая окружающий воздух. Это излучение оказывает достаточно сильное давление, чтобы сформировать из рассеянной плазмы пузырь, который мы называем шаровой молнией. Микроволны, которые оказываются внутри этого пузыря, продолжают порождать плазму и, таким образом, сохранять пузырь на протяжении его короткой жизни. В конце концов шаровая молния затухает, потому что излучение внутри пузыря рассеивается. Иногда этот пузырь прорывается, микроволны высвобождаются наружу, что приводит к взрыву.

Присутствие микроволн и плазмы, как компонентов шаровой молнии, может объяснить некоторые из ее свойств. К примеру, микроволны могут проникать через оконное стекло, поэтому закрытые окна не мешают появлению шаровых молний в помещении. Микроволны также могут производить заметный звук в момент их контакта с внутренним ухом человека, а плазма, которую они порождают, в свою очередь может производить из атмосферного кислорода озон, обладающий резким запахом.

От других теорий теорию о микроволновом происхождении шаровых молний отличает то, что она объясняет, как они появляются внутри самолетов. Электроны, являющиеся крохотными родственниками атомов, способны проходить через металлическую обшивку корпуса самолета после того, как они достигли околосветовых скоростей за его пределами, благодаря вспышке молнии. Затем электроны, оказавшиеся внутри самолета, излучают микроволны, которые и образуют шаровую молнию. Последовательность электроны-микроволны-плазма также объясняет размер шаровых молний, поскольку длина пучка электронов, разогнавшихся под воздействием удара молнии, соответствует типичному диаметру возникающего в результате микроволнового пузыря — примерно 20-50 сантиметров.

Как это всегда бывает с новыми научными гипотезами, теперь нужно проделать массу работы, чтобы подтвердить предположение У. Потребуется провести множество экспериментов, чтобы проверить механизм электрон-микроволна-плазма, в результате которого образуется шаровая молния. Здесь необходимо будет разработать методику генерирования шаровых молний по запросу, а затем изучить характеристики электронов и микроволн.

По мнению У, если его гипотеза подтвердится, его теория поставит несколько важных вопросов, касающихся угроз, порождаемых быстрыми электронами и микроволновым излучением, возникающими рядом с людьми, попавшими в грозу.