Файл: Сингер, С. Природа шаровой молнии.pdf

216 Глава 8

мерно обратно пропорционально расстоянию до молнии: от 150 мкВ в 2 км до 40 мкВ на расстоянии, несколько большем. Мощность сигналов с частотой 100 МГц состав­ ляла обычно Ю - 1 1 — Ю - 1 0 Вт на 100 кГц, а излучение в диапазоне 40—1300 МГц (1—5) • Ю - 1 0 ВТ на 1 МГц. Ве­ личина мощности, регистрируемая приемником, приводи­ лась к нормированным значениям с учетом измеренного расстояния до молнии и известной эффективной площади антенны. Изучение сигналов на более низких частотах от 5 до 500 кГц выявило уменьшение мощности приблизи­ тельно обратно пропорциональное квадрату частоты [250]. Согласно работе [261], в которой рассматривалось излу­

гии, излучаемом на более высоких частотах [261]. Капица указал, что эти результаты демонстрируют существова­ ние узкочастотной полосы вблизи тех длин волн, которые, согласно теории стоячей волны, подходят для создания шаровой молнии, хотя это излучение слабо и очень крат­ ковременно [243]. Он предположил, что в отдельных слу­ чаях такое излучение может быть достаточно сильным и длительным, чтобы обеспечить непрерывное поступление " энергии, необходимой для возникновения шаровой молнии.

На различных этапах развития обычной молнии на­ блюдались излучения с частотами от 400 до 1000МГц[69].

Высокочастотное излучение отмечалось при ступенчатом лидере, при стреловидном лидере и иногда при обрат­ ном разряде, у которого наблюдалось запаздывавшее из­ лучение, возникавшее через 60—100 мс. Электромагнитное излучение, несомненно, возникает в связи с процессом пробоя, на что указывают импульсы излучения, наблюдае­ мые, когда происходит изменение большого электриче­ ского поля. Иногда наблюдаемое запаздывающее излу­ чение указывает, что это излучение, возможно, возникает внутри тучи или около нее.

Характерные звуки, упоминавшиеся во многих сооб­ щениях о шаровой молнии, могут быть связаны с.плаз.— - менным излучением широкого спектра, включающим акустические частоты и слышимый звук, которые иногда

вызываются электромагнитными возмущениями и неред­ ко отмечаются при высокочастотных волнах.

Теория о том, что шаровая молния представляет собой плазмоид, создаваемый естественным высокочастотным электромагнитным излучением, в настоящее время актив­ но разрабатывается. Некоторые характерные черты огнен­ ных шаров, не объясненные другими теориями, полностью объясняются этой моделью светящихся сфер: образова­ ние их в закрытых помещениях, их проникновение в зда­ ния через дымоходы, их связь с другими грозовыми раз­ рядами и длительность существования. Высокие частоты,

вместе с электрическими полями, длительность существо­ вания и мощность которых на несколько порядков мень­ ше, чем требуется по теоретическим расчетам. Истинный источник наблюдаемого при грозах излучения неизвестен, так же как и реальные процессы, порождающие свечение естественных шаровых молний. Экспериментальное изу­ чение плазменных сгустков, образуемых электромагнит­ ным излучением, показало, что такие светящиеся сферы могут генерироваться высокочастотными радиоволнами при атмосферном давлении и требуют для своего поддер­ жания умеренной мощности. Таким образом, намечается более благоприятная перспектива для разрешения неко­ торых из наиболее трудных проблем, стоявших перед этой относительно новой теорией, хотя еще предстоит объяс­ нить ряд свойств, а также процессы излучения света ла­ бораторными плазменными сгустками.

Глава 9

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ШАРОВОЙ МОЛНИИ .

Несмотря на опубликованные за последние 125 лет тысячу с лишним наблюдении и без малого два десятка подробных и углубленных анализов этой проблемы, вклю­ чая две монографин, шаровая молния остается одной из величайших загадок грозовой активности. И нельзя ска­ зать, чтобы эксперименты преуспели там, где терпит не­ удачу теория, и воссоздали нечто более сложное, чем про­ стейшие светящиеся сферы. Выдвигалось множество те­ орий, охватывающих ошеломляющее разнообразие явле­ ний в самых различных областях науки.

Свойства, множественность которых составляет ка­ мень преткновения, неоднократно отмечались в разных сообщениях о шаровой молнии и характерны только для этого явления. Светящиеся сферы возникают во время

с диаметром около 25 см и ясно видимым цветом — крас­ ным, желтым, а иногда ослепительно белым, и проделы­ вают в воздухе длинный и порой сложный путь вблизи земли, проникают в здания, издают потрескивание, слов­ но электрические разряды, существуют нередко в течение 5 с, а затем внезапно исчезают с громким взрывом или бесшумно. Сообщения об этих свойствах, столь отличных от свойств обычной линейной молнии, встречали значи­ тельное недоверие, однако зарегистрировано очень много подробных наблюдений шаровой молнии и сделано не­ сколько ее фотографий.

Упорные исследования шаровой молнии дали правдо­ подобные объяснения некоторым особенностям этого п р и ­ родного явления. Свойства светящихся сфер сильно ме-

Современное состояние проблемы

няются от случая к случаю, п предлагаемые объясне­ ния, вполне отвечающие конкретной ситуации, также очень не схожи между собой. Различия во внешнем виде и поведении шаровой молнии в разных случаях привели к выводу, что, возможно, существуют разные виды шаро­ вой молнии. В пользу такого заключения, несомненно, говорят результаты излагавшихся выше исследований и их сопоставление с этим явлением природы.

Поэтому думается, что одна какая-либо теория вооб­ ще не может дать полного и исчерпывающего объяснения всем сообщениям об огненных шарах в природе. С дру­ гой стороны, во многих сообщениях о них фигурируют некоторые общие характеристики. Представление о ша­ ровой молнии как о плазменном сгустке — несколько рас­ ширенное, если иметь в виду более низкую, чем обычно, температуру и малую степень ионизации, — приводит к полезному рассмотрению возможных процессов, связан­ ных со структурой, составом, температурой, концентраци­ ями заряженных частиц в молнии и т. п. Такое представ­ ление очень часто оказывается удовлетворительным, хотя вопрос о том, как возникает шар в каждом конкретном случае, выпадает из рассмотрения.

Предположения о некоторых механизмах формирова­ ния шаровой молнии в природе получают свое подтвер­ ждение из прямых наблюдений и результатов экспери­ ментальных лабораторных исследований. Во время гроз неоднократно наблюдалось, как во вспышках линейных молний возникали и отделялись от них светящиеся сфе­ рические массы. По-видимому, между шаровой и четочной молниями прямой связи в этом случае не существует: появление одной из них как будто исключает появление другой. Относительно редкое появление слабо светящихся шаров, напоминающих мыльные пузыри, после вспыш­ ки молнии вблизи болот или больших массивов расти­

лабораториях. Несколько раз наблюдалось, как испарен­ ный металл образовывал огненный шар в результате вспышки обычной молнии или в результате сильного элек­ трического разряда в лабораторных условиях. Особей-

ности поведения таких сфер хорошо согласуются с неко­ торыми из наиболее трудно объяснимых свойств шаровой молнии — таких, как движение и длительное существова­ ние. С другой стороны, структура самих этих образова­ ний из металлических паров еще далеко не выяснена. Не определена плотность заряженных частиц и внутреннее строение таких шаров. Следует отметить, что свечение яр­ ких сфер, вообще говоря, может быть результатом воз­ буждения нестабильных электронных уровней без обяза­ тельной ионизации вещества шара.

Значительное время существования и относительная устойчивость сфер из металлических паров, полученных в лабораторных условиях, показывают, что наши пред­ ставления об их внутреннем строении еще далеко не дос­ таточны. Теория, которая объясняет образование шаро­ вой молнии действием высокочастотного внешнего элект­ ромагнитного излучения, по-прежнему вызывает большой интерес. С тех пор как впервые был рассмотрен такой процесс, получено много новых сведений об образовании плазменных сгустков в условиях, близких к естественным. Для того чтобы поддержать существование таких сгуст­ ков в воздухе, оказалось достаточной относительно не­ большая мощность излучения (500 Вт), что далеко усту­ пает возможным мощностям процессов при грозовых разрядах; однако это излучение должно быть монохро­ матическим. Существуют ли в природе высокочастотные стоячие радиоволны с достаточной напряженностью поля? Экспериментальная проверка этой теории была относи­ тельно ограниченной, и исследование основных парамет­ ров, подставленных в модели, было недостаточным.

Главные процессы, которые, согласно этой теории, приводят к образованию шаровой молнии, несомненно, вполне поддаются лабораторному изучению. Несмотря на многочисленные эксперименты, в которых с помощью описанных общих методов были получены светящиеся сферы, из характерных конкретных свойств шаровой мол­ нии были воспроизведены лишь немногие — например, общий вид. Подробное количественное изучение физиче­ ских и химических характеристик светящихся шаров, соз­ даваемых описанными выше способами, должно дать" очень многое для теории шаровой молнии. Эксперимен-

тальное воспроизведение шаровой молнии должно соот­ ветствовать простейшим критериям; прежде всего должны быть созданы светящиеся сферы в воздухе при нормальном давлении; далее, огненный шар должен су­ ществовать в течение нескольких секунд на заметном удалении от места своего возникновения или источника энергии и, наконец, он должен перемещаться на значи­ тельное расстояние.