Учителю физики и ученикам - Характерные черты шаровой молнии
Учителю физики и  ученикам
Характерные черты шаровой молнии
translate the site
Выбрать язык / Choose language:
Ukranian
English
French
German
Japanese
Italian
Portuguese
Spanish
Danish
Chinese
Israel
Arabic
Czech
Estonian
Belarusian
Latvian
Greek
Finnish
Serbian
Bulgarian
Turkish

Меню сайта

Поиск по сайту

Мини-чат
Реклама удаляется администратором сайта!

 
200

Наш опрос
Ваш любимый раздел физики
Всего ответов: 1409

День недели
Определи день недели
День
Месяц
Год

Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

Приветствую Вас, Гость · RSS 08.12.2016, 19:02

Характерные черты шаровой молнии



Чем больше накапливается наблюдений шаровой молнии, тем яснее становится, что сообщения очевидцев указывают на совершенно необычную и даже взаимоисключающую комбинацию ее свойств. Один из ранних исследователей следующим образом суммировал пять основных трудностей, возникающих из противоречащих друг другу наблюдений:

1)   Шаровая молния появляется и при ясном небе, и во время проливного дождя.

2)   Цвет шаровой молнии бывает красным или голубым, а иногда и тем и другим вместе.

3)   Иногда шаровая молния неподвижна, иногда она движется очень быстро. Часто ее перемещение прямо противоположно направлению ветра, а иногда самый легкий ветер может изменить направление ее движения.

4)  Хотя место, где возникает молния, обычно остается неизвестным, шаровая молния чаще всего движется близко от земли. Она может исчезнуть бесшумно или взорваться с громким треском, испуская светящиеся искры.

5)   Шаровая молния может двигаться вдоль проводов или вдоль краев различных предметов, но в многочисленных случаях ее путь никак не связан с какими-либо опорами — она свободно парит в воздухе и даже появляется в закрытых помещениях.

Другими словами, любой из этих пунктов содержит явные противоречия. Имея в виду эти несоответствия, другой исследователь заметил, что существует много явлений природы, еще не понятых человеком, но мало найдется таких, когда наблюдения только затрудняют объяснение.

Тщательно изучив литературу о наблюдениях шаровой молнии, Бранд следующим образом суммировал ее свойства:

1.  Шаровая молния представляет собой редко наблюдаемый и длительно существующий электрический разряд, имеющий сферическую (реже грушевидную) форму, относительно более частый во время зимних гроз и появляющийся преимущественно в конце грозы. Действие его более слабое, чем действие линейной молнии.

2.  Шаровая молния обычно появляется в виде красного светящегося шара или полого шара с нечеткими границами диаметром 10—20 см, окруженного синеватой оболочкой. Она может быть также ослепительно белой и иметь четкие очертания.

3.  Иногда шаровая молния издает шипение, жужжание или прерывистый звук.

4.  После ее исчезновения часто остается резко пахнущая дымка, которая кажется бурой в проходящем свете, голубой в отраженном свете и белой во влажном воздухе.

5.   Время жизни ее колеблется от ничтожных долей секунды до нескольких минут; чаще всего оно составляет 3—5 с.

6.  Шаровая молния может появиться из нижней части облака, свободно парить в воздухе или быть связанной с каким-нибудь предметом. Часто ей непосредственно предшествует обычная молния, и шар возникает в месте поражения или на небольшом расстоянии от него. Во многих случаях такой разряд-предшественник может отсутствовать.

7.  Шаровая молния или исчезает бесшумно, или с негромким треском, или с оглушительным взрывом, при котором из нее во все стороны вырывается множество коротких выбросов. Иногда ее исчезновение сопровождается ударом линейного разряда в шар.

8.  Скорость шаровой молнии, которая появляется из нижней части облаков и падает на землю, бывает значительной (превращение в линейную молнию). Вблизи поверхности земли и в закрытых помещениях она движется со скоростью примерно 2 м/с, а иногда может сохранять полную неподвижность. Особенно часто это бывает с прикрепленными шаровыми молниями, которые исчезают как бы кипя и выбрасывая искры (переход в огни св. Эльма). Иногда характер ее движения определяется ветром, но чаще всего на путь шаровой молнии ветер не влияет.

9.  Иногда вблизи места, пораженного линейным разрядом, появляется несколько светящихся шаров. Один большой шар может разорваться и выбросить несколько мелких шаров. В редчайших случаях возникают два огненных шара один над другим, соединенных цепью маленьких светящихся бусин, или же вместе с одиночным светящимся шаром появляется короткая цепь «четок» (переход в истинную четочную молнию).

10.  Свободно парящие и прикрепленные шаровые молнии, по-видимому, ведут себя совершенно различно, но могут переходить одна в другую. Парящий тип напоминает разряды слабого тока очень высокого напряжения, сравнимые с разрядами от трансформатора Тесла. Для прикрепленной шаровой молнии, вероятно, характерно более низкое напряжение, но более сильный ток.

11. Парящие шары имеют красный цвет. Они избегают хороших проводников и обычно движутся по воздуху. Закрытые пространства их как будто притягивают, и они проникают туда через открытые окна, двери и даже через маленькие щели. Особенно предпочтительными оказываются различные дымоходы (возможно, присутствие дыма обеспечивает лучшую проводимость); поэтому эти шары часто появляются на кухне из плиты. Облетев помещение несколько раз, шаровая молния может его покинуть, часто прежним путем, а иногда новым. Шаровая молния безопасна, даже когда она оказывается в середине группы людей, ибо она держится на некотором расстоянии от человеческого тела, являющегося хорошим проводником. Иногда молния 2—3 раза поднимается и опускается на несколько сантиметров или даже метров, что в комбинации с горизонтальным перемещением создает впечатление прыжков. Часто она вертикально спускается из тучи почти до самой земли, а затем снова поднимается вверх.

12.  Прикрепленные шаровые молнии бывают ослепительно яркими, либо белыми, либо голубыми. Они задерживаются на хороших проводниках и особенно на высоких заостренных предметах или же катятся вдоль таких проводников (например, по водосточным трубам). Они нагревают предметы, с которыми соприкасаются, в том числе человеческое тело. В последнем случае такой контакт может вызвать тяжелые ожоги; иногда они проходят под одежду, часто принося смерть.

13.  Переход парящей молнии в прикрепленную происходит после короткой паузы, когда шар внезапно устремляется к находящемуся поблизости проводнику (в частности, к воде). При соприкосновении с водой он может исчезнуть бесшумно или со взрывом либо продолжать существовать в виде неподвижной шаровой молнии. Шаровые молнии, падающие из туч, как правило, продолжают свое движение, пока не ударятся о землю, после чего взрываются.

14.   Превращение прикрепленного шара в свободно парящий происходит чрезвычайно просто — он взмывает вверх, после чего обычно по наклонной траектории поднимается к облакам. Однако такой шар, как правило, исчезает почти сразу после начала движения.


Размеры шаровой молнии, т. е. средний диаметр неправильной сферы, согласно сообщениям, колеблются от размера поперечника горошины до 12,8 м. Кроме того, имеются сообщения о чрезвычайно больших шарах— 27 и 260 м в диаметре. Шарам, наблюдаемым на близком расстоянии, обычно приписывались меньшие диаметры; при наблюдениях издалека сообщалось, как правило, о более крупных размерах. Очевидно, оценка размеров зависела от расстояния до объекта, которое в свою очередь определялось лишь приблизительно. Бранд пришел к выводу, что средний диаметр шаров, для которых были получены надежные оценки, составляет около 20 см. Диаметр большей части молний, которые, согласно Бранду, наблюдались с близкого расстояния, может быть, даже не превышает 15 см. В 156 наблюдениях, собранных Нориндером, чаще всего указывается диаметр 25 см, а в 400 сообщениях, собранных Барри,—30 см, что в общем согласуется с результатами сводки Мак-Налли. Рейл дает несколько больший средний диаметр — примерно 35 см.

Из цветов молнии в пяти основных обзорах, в которых отмечался этот параметр, чаще всего упоминаются красный и оранжевый. У Бранда и Галли красный цвет указывался несравненно чаще всех остальных, этот же цвет наиболее частый и у Мак-Налли, однако, согласно Рейлу, оранжевая окраска отмечалась чаще, чем красная. Красный или красно-желтый цвет указывается в 60% случаев, рассмотренных Барри. Нередко сообщалось также о желтом, белом, голубом и бело-голубом (по порядку уменьшающейся частоты указаний) — всего в 200 с лишним случаях. Хотя в других обзорах упоминается о значительном числе голубых шаров, Барри в своих исследованиях обнаружил, что голубых и бело-голубых шаров было менее 2%, и пришел к выводу, что все это были случаи коронного разряда или огней св. Эльма, ошибочно принятые за шаровую молнию. Однако он включил лиловый и фиолетовый цвета как характерные для шаровой молнии продолговатой формы. Зеленый цвет отмечается относительно редко; имеются также упоминания о необычных черных сферах, которые не излучают света. Наблюдались также многоцветность и смеси цветов.

Подавляющее большинство наблюдений шаровой молнии показывает, что время жизни ее составляет чаще всего от 1 до 5 с. Довольно значительное число молний исчезает менее чем за 1 с, а случаи существования, превышающие 5 с, встречаются заметно реже. Некоторые шаровые молнии существовали около 1 мин, и имеются отдельные сообщения о 9 мин и 15 мин. При оценке времени жизни шаровой молнии обычно возникают следующие трудности: появление или исчезновение шара остается незамеченным из-за его движения, а к тому же оценка времени очевидцами, внезапно столкнувшимися с необычным явлением, может быть лишь весьма приблизительной. Длительные времена жизни, достигающие минуты, в обзоре Барри оказались характерными для неподвижных голубых или бело-голубых сфер, а потому он пришел к выводу, что на самом деле эти явления были огнями св. Эльма.

Во многих сообщениях специально отмечалось, что шаровая молния не выделяет тепла, как следовало бы ожидать от тела, испускающего интенсивный свет. Об этом свойстве, которое привлекает внимание только при наблюдении молнии с близких расстояний, сообщается в,подавляющем большинстве случаев. Кроме приводившихся выше примеров, только в четырех сообщениях из обзора Рейла (в котором перечислено 55 случаев, когда светящиеся шары наблюдались с расстояния менее 15 м), указывается на ощущение тепла. Барри высказал предположение, что светящиеся сферы, не излучающие тепла, были отождествлены с шаровой молнией неправильно и скорее всего были огнями св. Эльма. При этом он, по-видимому, исходит из того, что электрический разряд (или сходное с ним явление) всегда связан с высокой температурой. Приведены примеры случаев, при которых такая ошибочная классификация невероятна, но какие-либо тепловые явления все же отсутствуют. С другой стороны, в ряде сообщений описываются несомненные тепловые эффекты, включая воспламенение горючих материалов и причиненные шаром ожоги.

Движению шаровой молнии (хотя оно в разных случаях оказывалось крайне разнообразным) придавалось большое значение для определения природы этого явления. Например, различались два типа шаровой молнии — светящиеся шары, которые падают на землю из туч, и шары, которые движутся вблизи поверхности земли и образуются после удара молнии в почву или в какое-либо строение. Две аналогичные группы выявляются и при анализе обзора Рейла. Наблюдавшиеся виды движения включают прямой спуск от облаков на землю (часто почти вертикальное падение), горизонтальный полет вблизи земли по ветру, а иногда против ветра, колебания вверх и вниз, отскоки от земли. В обзоре Рейла в 54% случаев наблюдался преимущественно горизонтальный полет, а в 19% замечено вертикальное движение. Еще в 19% случаев наблюдались более сложные траектории. В некоторых случаях шар катился по земле, причем иногда выбирая влажные участки почвы.

В одном редчайшем примере соприкосновения шаровой молнии с водой светящаяся сфера упала в море и несколько раз всплывала, по-прежнему испуская свет в промежутках между повторными погружениями. Многократно наблюдалось прохождение шаровой молнии через узкие ходы и через маленькие отверстия. В обзоре Бранда упомянуто 15 случаев, когда шаровая молния попадала в здание через дымоход. Об этом сообщали очевидцы, находившиеся в помещении и видевшие, как из камина или печи появляется яркая масса, а также свидетели, находившиеся снаружи. В одном случае шаровая молния влетела в холодный дымоход и была сфотографирована (рис. 14); правда, этот снимок подвергся суровой критике. Сообщалось и о прохождении шаровой молнии через куда меньшие отверстия, например через замочную скважину. В обзоре Рейла имеется несколько сообщений такого типа. Очевидцы часто сообщали о вращении шара; у Бранда имеется 15 таких сообщений, у Мак-Налли— 46, у Рейла — 35. В нескольких сообщениях описываются светящиеся сферы, которые некоторое время оставались неподвижными. Восемь таких случаев перечислено в обзоре Мак-Налли и 10 у Рейла.

В сообщениях очевидцев приводится много оценок скорости перемещения шаровой молнии путем сравнения, например, со скоростью движения медленно идущего человека. В отдельных случаях оценивались расстояния, пройденные за определенное время. Наименьшая из сообщенных скоростей составляет примерно 1—2 м/с, и в то же время приводились значения, заключенные между 30 и 240 м/сек. В общем более значительные скорости наблюдались, когда оценивалось угловое перемещение молнии, а потому эти оценки, как и оценки размеров молнии, сильно зависят от точности определения расстояния до молнии. В обзоре Рейла для группы из 12 случаев указаны скорости больше 30 м/с. Из изложенного следует, что скорость шаровой молнии очень мала по сравнению с обычной молнией. Следующее сообщение о шаровой молнии подчеркивает эту отличительную черту.

Двое путников в 1886 г. были застигнуты в гористом районе Германии грозой, охватившей большую область.

Из тучи появился светящийся шар и за 5—7 с опустился до высоты примерно 1 м от земли. На этой высоте шар полетел по ветру прямо на путников и приблизился к одному из них вплотную, так что он невольно отпрыгнул в сторону. В тот момент, когда шар появился из тучи, он казался величиной с голову ребенка, но на близком расстоянии его диаметр был определен в 0,5 м. Шар был ярко-красным с голубоватой оболочкой толщиной в ладонь и интенсивно светился, так что все окружающие предметы были словно освещены электрическим светом. Шар исчез за домом, откуда вскоре раздался громкий взрыв. Имеется сообщение об очень быстром перемещении светящейся массы, что создало впечатление вспышки, напоминающей обычную молнию.

Отнюдь не необычно движение светящихся шаров вдоль проводов линий высокого напряжения или сходных проводников. Помимо наблюдений, приведенных выше, в обзоре Мак-Налли отмечено 103 случая этого типа движения, у Рейла — 12. С другой стороны, наблюдения плывущих по воздуху сфер многократно подтверждали, что проводники никак не влияют на их путь. В имеющейся литературе неоднократно подчеркивалось, что молниеотводы не обеспечивают защиты от шаровых молний. Выше был описан случай, указывающий на отсутствие защиты: стена префектуры в 30 м от начала пути шаровой молнии была повреждена, хотя на здании имелся молниеотвод, который, как показал последующий осмотр, был вполне исправен.

Появление шаровой молнии связывалось у свидетелей с отчетливо ощутимыми запахами. Чаще всего запахи эти определялись как запах серы и озона. В нескольких случаях запах сравнивался с запахом двуокиси азота. Один свидетель пришел к выводу, что запах от шаровой молнии совпадал с запахом специально приготовленной смеси воздуха с двуокисью азота при высокой концентрации последней. Кроме того, сообщалось о запахе гари. Примерно в четверти сообщений обзора Рейла упоминается какой-либо запах. Обычные молнии тоже вызывают эти запахи, как и другие электрические разряды в воздухе. Таким образом, в отдельных случаях возникновение запаха может объясняться обычной молнией, с которой часто бывает связано появление шаровой молнии. Однако запахи замечались и при наблюдении шаровой молнии, которая уже отошла на некоторое расстояние от места своего возникновения или же вообще не была связана с разрядом обычной молнии. Обзор Рейла содержит несколько примеров шаровой молнии, обладавшей запахом, которая никак не была связана с обычной молнией. Анализ проб воздуха, взятых поблизости от пути шаровой молнии, как это было подробно описано выше, показал присутствие двуокиси азота и озона.

Шаровая молния производит различные звуки. Об этом свойстве шаровой молнии упоминается в 25 сообщениях из обзора Рейла, но никаких более подробных сведений о характере этих звуков в них не содержится. Чаще всего сообщается о шипении или потрескивании; звук также сравнивается с шумом флага, бьющегося на ветру. Все это указывает на большое сходство со звуками, возникающими при электрическом разряде. В некоторых случаях сообщается об абсолютно беззвучной шаровой молнии. Барри сделал из своего обзора вывод, что в сообщениях непосредственных очевидцев шипящий звук упоминается редко; в то же время подобный звук явно связан с огнями св. Эльма. Однако известны наблюдения, когда речь, несомненно, идет не об огнях св. Эльма, и тем не менее внимание наблюдателя было привлечено к огненной массе именно производимым ею звуком. В частности, сообщение о свободном проникновении через окно в здание отчетливо указывает, что эта была шаровая молния, а не огонь св. Эльма.

В нескольких случаях было отмечено испускание шаровой молнией искр или длинных огненных выбросов, что нередко приводило к сравнению светящейся массы с фейерверком. Эта особенность запечатлена на некоторых рисунках, а также на фотографиях, которые вполне соответствуют описанию этого типа шаровой молнии очевидцами.

Исчезновение шаровой молнии часто происходит бесшумно, но во многих случаях сопровождается оглушительным взрывом. В опубликованной в 1867 г. работе, посвященной грому и молнии, указывалось, что 19 из 20 случаев шаровой молнии сопровождались разрушениями. Согласно обзору Барри, большая часть шаров взрывалась — 80% красных и 90% желтых. Среди случаев, собранных Брандом, содержатся 62 наблюдения о взорвавшихся шарах, а Рейл сообщает о 24.

При многих взрывах единственным эффектом был громкий звук, иногда сравниваемый с залпом из многих пушек. В других случаях шар разлетался на части, что приводило к повреждениям и разрушениям. Для оценки энергии, высвобождаемой шаровой молнией, было использовано сообщение в советской прессе о взрыве, который, по-видимому, причинил наибольшие повреждения. Масса примерно 30 см диаметром проникла в дом через крышу и потолок и вылетела наружу через окно. Она удалилась от дома на 50 м и, коснувшись земли, взорвалась с такой силой, что дом рухнул. Плотность высвобожденной при взрыве энергии, равная 68 ккал/см3, была рассчитана исходя из того, что для разрушения глиняной стены подобного типа требуется взрывная волна с импульсом 190 кгс с на 1 м2. Это количество энергии в 7 раз превышает то, которое высвобождается при взрыве равного объема тринитротолуола. Общее количество энергии, высвобожденной шаром при взрыве, составляло 9,62 105 ккал, т. е. было примерно в 375 раз больше, чем в том случае, когда шаровая молния нагрела до кипения воду в чане.

Во многих случаях шаровая молния после исчезновения не оставляла никаких следов. Повреждения, о которых упоминается в ряде сообщений, могут быть последствиями обычных разрядов молнии, которые часто бывают связаны с шаровой молнией. В обзоре Рейла приводится 40 случаев, когда шаровая молния оказывала какие-то воздействия на металлические объекты, здания, поверхность почвы и т. д. Описание этих эффектов в отчетах варьирует от сильно пахнущих газов и пыли, поднятой шаровой молнией, а также выжженных пятен на предметах, которых коснулся шар, и отверстий, пробитых в стенах, до обрушения здания, вызванного взрывом огненного шара.

В подавляющем большинстве случаев внешний вид шаровой молнии за время ее жизни не меняется, однако иногда отмечались несомненные изменения размеров, формы или цвета. В обзоре Рейла в 82 случаях никаких изменений не отмечено, в 11 указывается на некоторые изменения. Возможно, часть видимых изменений объясняется переменой условий наблюдения — например, в тех случаях, когда летящий шар приближался к наблюдателю. Изменения размеров могут быть как в сторону уменьшения, так и увеличения. Бранд описывает 3 случая уменьшения шаров и 5 — увеличения, тогда как у Рейла уменьшение отмечено для 9 шаров, а увеличение— для 5. В 8 случаях у Бранда указывается изменение формы, а именно удлинение. Интенсивность испускаемого света в обзоре Рейла уменьшалась в 12 случаях и увеличивалась в двух. Кроме того, Бранд и Матиас специально обращали внимание на изменения цвета. Была сделана попытка связать изменение цвета из красного в белый с приближением момента взрыва. Однако тот же автор относит белый цвет за счет высокой температуры и загрязнения шаровой молнии железом. По крайней мере в одном сообщении указывается на изменение цвета из красного в белый перед взрывом молнии. Согласно Барри, на изменение цвета указывается менее чем в 1 % всех наблюдений, и во всех этих случаях шары становились ярко или ослепительно белыми, хотя вначале были красными, фиолетовыми или желтыми. После изменения цвета шар с шумом исчезал. Однако изменение цвета перед взрывом наблюдалось далеко не всегда. В случаях, описываемых Брандом, столь же часто происходит и переход к красному цвету, что опять-таки связывается со взрывом.

Число появлений шаровой молнии, непосредственно не связанных с грозой, чрезвычайно мало. По оценке Барри, 90% появлений наблюдались во время грозы. В 3 случаях, описанных достаточно полно, можно предположить, что шаровая молния была каким-то запоздалым результатом грозовой активности, хотя она появлялась, когда ярко сияло солнце и небо было ясным или же в нем было лишь несколько облаков. Такие шаровые молнии наблюдались после окончания грозы, но не сразу, а спустя некоторое время, которое в одном случае составило 2 ч. Еще в одном случае, согласно сообщению, огненный шар размером с апельсин упал из ясного неба на линию высокого напряжения, а затем влетел в здание подстанции через окно. Среди сообщений, собранных Мак-Налли, в 3 говорится об образовании шаровой молнии в ясную погоду, а Рейл сообщает о 5 появлениях молнии вне гроз. В 79 случаях, из описываемых Брандом, имела место сильная или бурная гроза, тогда как в случаях, описанных Рейлом, шаровая молния появлялась примерно одинаково часто во время гроз и со средней и с исключительной силой. Нередко сообщается о появлении шаровой молнии или похожих на нее сферических тел из воронок торнадо, ураганов и водяных смерчей. Огненные шары были отмечены в 3 из 11 смерчей, происшедших во Франции между 1961 и 1965 гг.

Неоднократно отмечалось появление шаровой молнии— как и других, более обычных форм молнии —во время землетрясений. Многочисленность таких сообщений, включая сообщение сотрудника Центральной метеорологической обсерватории Токио, возможно, указывает на какую-то пока не объясненную взаимозависимость между этими явлениями.

Большинство появлений шаровых молний, по-видимому, связано с разрядами обычных молний, происходящими как до, так и после ее появления. Согласно обзору Мак-Налли, 378 огненных шаров появились вслед за таким разрядом, а у Рейла сообщается о 69 появлениях шаровой молнии вслед за обычной. Значительное, но гораздо меньшее число шаровых молний (65 у Мак-Налли и 26 у Рейла) не было связано с другими молниями. Частота появления шаровой молнии по сравнению с обычной, если учитывать только те обычные молнии, которые ударяют в какие-нибудь предметы, была оценена Брандом примерно в 3%. Эта частота, вычисленная по метеорологическим сводкам северной Германии с 1884 по 1899 г., согласуется с данными, приводимыми Нориндером для Швеции с 1928 по 1938 г. С другой стороны, в обзоре Рейла упоминаются 180 человек, наблюдавших шаровую молнию, и 409, которые видели, как обычная молния ударяет в какой-то предмет, что дает гораздо большую частоту наблюдений шаровой молнии — 44%.


Главная    Новости    К уроку     К экзамену    Великие физики    Справочник     Занимательная физика    Проверь себя    Шаровая молния          В  начало страницы

Учителю физики и его ученикам © 2016