Файл: Сингер, С. Природа шаровой молнии.pdf

Временное разрешение спектров [366] выявило пик давле­

оценкам, полученным для максимальных условий, в ка­

да—нейтральную пли ион), а давление в канале разря­ да, создаваемое только электронами, составляет 14 атм. Основными ионами являются однократно ионизованные атомы азота и кислорода N + и О1" при относительной концентрации соответственно 0,64 и 0,16. Другими основ­

определяются по оптическому спектру. Также по оптиче­ скому спектру и термодинамическим характеристикам воздуха определяется п температура вспышки. При та­ ком определении параметров приходится исходить из некоторых допущений, однако полученные величины хо­ рошо согласуются с более ранними оценками. Видимый свет молнии в основном излучается нейтральными атома­ ми азота и кислорода, а также основными ионами N1 " и 0+. Кроме того, некоторый вклад в излучение дают моле­

происходит описанный выше мощный разряд, по-преж­ нему остается трудной проблемой в изучении атмосфер­ ного электричества, относительно которой не существует единого мнения. В теориях рассматриваются процессы разделения зарядов, в которых необходимые носители образуются из нейтральных газовых частиц, дождевых капель и кристаллов льда. Особую трудность представ­ ляет объяснение переноса колоссальных зарядов в мно­ гочисленных разрядах молнии во время грозы. Соглас-

относительно механизмов разделения зарядов, и сущест­ вует, много экспериментальных данных, показывающих, что такие процессы действительно приводят к разделе­ нию зарядов [108, 307]. Столкновение дождевых капель разных размеров в слабом электрическом поле, которое существует даже в ясную погоду, приводит к образова­ нию заряда на каплях. Капли, падающие в таком поле, способны, кроме того, захватывать находящиеся в атмос­ фере свободные ионы или электроны. Далее, столкнове­ ние капель в электрическом поле может привести к их раздроблению и к сопровождающему его разделению за­ рядов [189]. Рассматривалась возможность подобных же процессов и для содержащихся в облаке частиц льда. Замерзание воды в облаке наступает после переохлаж­ дения, на что указывают, в частности, изменения темпе­ ратуры и электрического поля в зависимости от высоты; переохлажденная вода остается жидкой вплоть до тем­ пературы — 40° С. С частицами возникающего льда мо­ гут происходить процессы, подобные описанным выше для дождевых капель. К тому же эксперименты показа­ ли, что замерзание само по себе вызывает разделение зарядов [585]. В качестве возможного основного процес­ са, создающего электрические поля при грозе, указыва­ лось на слипание переохлажденных дождевых капель с частицами града и их последующее замерзание и раз­ дробление [108, 307]. При этом наблюдается и термо­ электрический эффект — перепад температур создает в частицах льда разделение зарядов.

Хотя большинство исследователей старалось устано­ вить преобладание какого-то одного из этих механизмов

тотой разрядов молнии, ни один из этих процессов, взя­ тый в отдельности, генерировать не может. Чрезвычайно высокая скорость разделения зарядов доказывается как

Все процессы разделения зарядов, очевидно, являют­ ся гетерогенными, и в них участвуют частицы: дожде­ вые капли или кристаллы льда, снег, град и т. д. Тесная взаимосвязь между электризацией облака и наличием таких частиц в определенной степени доказывается сде­ ланными в течение столетия наблюдениями, что в неко­ торых случаях за вспышкой молнии сразу же следуют /ливни [103, 343]. Возникновение в вулканических обла­ тках ярких электрических разрядов, являющихся, по-ви­ димому, молниями (рис. 3), показывает, что разделение зарядов может происходить при участии твердых частиц

ватмосферных процессах, таких, как столкновения твердых частиц с газами или между собой, даже если полностью отсутствуют жидкие пли замерзающие ком­ поненты [11]. Вулканологи рассматривают две возможно­ сти образования положительного заряда: появление в воздухе частиц соли при вытекании расплавленной лавы

вморе или при попадании лавы в водоносные слои (лабо­ раторные эксперименты подтверждают возможность воз­ гонки соли с водяными парами в таких условиях); еще одна возможность — трение вырывающихся наружу ча­ стиц о стенки кратера. Возникновение электрического поля над вулканами, находящимися на суше, показыва­ ет, что роль морской воды несущественна. Эксперимен­ тально было продемонстрировано разделение зарядов в газовом потоке на твердых частицах с размерами поряд­ ка микрона [264, 289].

Таким образом, во всех теориях, объясняющих обра­ зование в грозовых облаках электрических зарядов, не­ обходимых для возникновения молний, главная роль от­ водится процессам, в которых участвуют разнородные частицы.

Различные разряды молний сильно отличаются друг от друга не только по внешнему виду, ио и по указанным выше электрическим параметрам. В некоторых районах земного шара разряды молний обладают особыми свой­ ствами [255]. Имеются сообщения о грозах, при которых число необычных форм молний было особенно велико. Необычные разряды действительно происходят время от времени, но, как уже более 75 лет назад отметил один видный ученый, занимавшийся этими вопросами, очень

Глава 4

СУЩЕСТВУЕТ ЛИ В ДЕЙСТВИТЕЛЬНОСТИ ШАРОВАЯ МОЛНИЯ?

За долгую историю изучения шаровой молнии самыми частыми вопросами были отнюдь ие вопросы о том, как образуется этот шар или каковы его свойства, хотя проб­ лемы эти достаточно сложны. Нет, чаще всего ставился вопрос: а существует ли шаровая молния в действитель­ ности? С тех пор, как Араго впервые рассмотрел этот во­ прос в 1838 г., и до настоящего времени по этому поводу вновь и вновь выражается весьма скептическая точка зрения. Этот постоянный скептицизм в значительной сте­ пени объясняется трудностями, возникающими при попыт­ ках экспериментального изучения шаровой молнии по­ средством существующих методов, а также отсут­ ствием теории, которая дала бы достаточно полное или хотя бы удовлетворительное объяснение этого явления.

считалось, что падение метеоритов — это выдумки суевер­ ных и невежественных крестьян. Несмотря на неодно­ кратные наблюдения полетов метеоритов в атмосфере, существующие сомнения привели к тому, что из музейных коллекций были выброшены и уничтожены редкие образ­ цы метеоритов на том основании, что это подделки, пи­ тающие суеверие. Исчерпывающий анализ этой пробле­ мы дал в 1794 г. Хладни — физик, работавший главным образом в области акустики. Он пришел к выводу, что эти предметы не являются по своему происхождению земными и что они действительно падают с неба. Вывод Хладни опирался на наблюдения заслуживающих доверие очевидцев и на данные, полученные при изучении метеори- * тов, многие из которых по своему составу не имели ниче­

го общего с породами тех мест, где их находили. Однако

его выводы не получили широкого признания. Реальность этого явления была окончательно установлена только в 1803 г., когда в Легле (Франция) выпало множество ка­ менных метеоритов. Физик Био в докладе, представлен­ ном Французской академии наук, привел показания мно­ гих надежных очевидцев и сведения о большом числе ме­ теоритов, найденных на земле.

Те, кто отрицает существование шаровой молнии, объ­ ясняют сообщения о ней оптическими иллюзиями или ошибочным отождествлением с ней других естественных светящихся тел [224]. Часто случаи возможного появле­ ния шаровой молнии приписываются метеорам. В некото­ рых случаях явления, описанные в литературе как шаро­ вые молнии, по-видимому, действительно были метеора­ мп [65]. Однако следы метеоров почти неизменно на­ блюдаются как прямые линии, тогда как характерный для шаровой молнии путь, напротив, чаще всего искривлен. Далее, шаровая молния появляется, за очень редкими ис­ ключениями, во время гроз, метеоры же наблюдались в подобных условиях лишь случайно. Обычный разряд молнии, направление канала которого совпадает с лучом зрения наблюдателя, может показаться шаром. В резуль­ тате может возникнуть оптическая иллюзия — ослепи­ тельный свет вспышки сохраняется в глазу как изобра­ жение, даже когда наблюдатель меняет направление луча зрения (последовательный образ.— Ред.). Именно поэтому высказывались предположения, что ложное изображение шара кажется перемещающимся по слож­ ной траектории.

В первом подробном обсуждении проблемы шаровой молнии Араго коснулся и этого вопроса [16]. В дополне­ ние к ряду, по-видимому, надежных наблюдений он отме­ тил, что у наблюдателя, видящего опускание шара под некоторым углом со стороны, оптическая иллюзия, подоб­ ная описанной выше, возникнуть не может. Доводы Араго, видимо, показались достаточно убедительными Фарадею: отвергая теории, согласно которым шаровая молния пред­ ставляет собой электрический разряд, он подчеркнул, что отнюдь не отрицает существования этих сфер [147]. Одна­ ко немецкий издатель полного собрания трудов Араго не постеснялся снабдить главу об этой форме молнии следую-