Лаборатория любителя науки
Научное сообщение

ШАРОВАЯ МОЛНИЯ: НАБЛЮДЕНИЯ И АНАЛИЗ СЛЕДОВ

Грозное и таинственное явление природы - шаровая молния - появляется нечасто. Еще реже удается исследовать результаты ее воздействия по свежим следам. Геннадию Петровичу Щелкунову, инженеру, разработчику сверхмощных источников СВЧ и рентгеновского излучения, довелось обследовать несколько мест появления шаровых молний и собрать уникальные образцы материалов, разрушенных ими. Свои наблюдения Геннадий Петрович оформил, как это принято в научной среде, в виде научного сообщения. Редакция в данном случае не стала просить автора переделать присланное в наиболее приемлемый для читателей жанр научно-популярной статьи и посчитала возможным сохранить лаконичный стиль научного сообщения с его непременными отсылками к цитированной литературе и, конечно, собственными выводами, подтверждающими, а кое-где и опровергающими выводы работ, публиковавшихся ранее.

Шаровая молния многие сотни лет дразнит естествоиспытателей и простых людей своей загадочностью. И хотя накоплен солидный наблюдательный материал [1-3] и сделаны попытки искусственно воспроизвести шаровую молнию, разгадка ее природы еще впереди.

Наиболее простая версия ее образования в грозу - это пинчевание (стягивание) разряда линейной молнии собственным магнитным полем с переходом ее в четочную молнию [3], отдельные четки которой разлетаются в виде шаров. "Следы" молний на дереве наблюдались с давних пор многократно [4]. И какие из них оставлены линейной молнией, а какие шаровой - об этом разговор ниже.

А вот "следы" на стекле именно шаровой молнии, вероятно, также неоднократно наблюдались, но достоверно были зафиксированы в городах Фрязино (1977 год) и Щелково (1994 год). Фрязинский случай описан в статье [5].За приближением молнии к стеклу рамы школьного здания наблюдал целый класс вместе с преподавателем. Отверстие, образовавшееся в стекле (после "прилипания" к нему светящегося шара и его яркой вспышки с громким звуком через несколько секунд), имело края неоплавленные, конусообразные, причем диаметр отверстия с наружной стороны якобы больше (ошибка при анализе). Поскольку каких-либо остатков стекла не оказалось, возникло предположение, что стекло расплавилось. Полезные и интересные эксперименты, выполненные в работе [5], базировались на этой, забегая вперед, ошибочной версии. Ошибочна и оценка энергии молнии.

Щелковский случай (13 апреля 1994 года, солнечным днем, без ветра, около 17 часов) анализировал через день после происшествия автор этой статьи, который привлек к анализу и автора статьи [5] О. А. Колосовского. Хозяйка квартиры боковым зрением увидела яркую вспышку в окне, а через 1,5-2 секунды услышала звон падающего стекла. В стекле наружной рамы она увидела большое почти круглое отверстие, а между наружной и внутренней рамами - стеклянный диск. При осмотре диска и отверстия оказалось, что они имели диаметр около 8 сантиметров, плотно складывались вместе. Края отверстия и диска не были оплавлены, были конусными, меньшего диаметра со стороны молнии. Диск, таким образом, мог выпасть только внутрь помещения, что и имело место.

Так же должен был выпасть и диск во Фрязино. Но внутренняя рама, видимо, отсутствовала (было лето), диск упал на пол и разбился. На это не обратили внимания, находясь в шоке от увиденного, анализ происшествия проводился не по свежим следам и заведомо следовал ошибочной версии расплавления. Поэтому что-то искать внутри помещения или на улице не приходило в голову, да и было поздно. Диск откололся в результате термонапряжения, а при взрыве шаровой молнии был выброшен из стекла, как и в щелковском случае.

Достоверно оценить энергию шаровой молнии можно по диаметру стеклянных дисков (постановка задачи проработана, известные расчетные программы можно адаптировать для нее). Полагаю, что такие расчеты будут через некоторое время выполнены.

В статье [4] рассмотрен случай воздействия молнии на дерево, от которого "отщепляются и разбрасываются в стороны длинные щепки". При анализе последствий (без непосредственного наблюдения) этот случай отнесен к действию шаровой молнии. Такой вывод нельзя считать однозначным в свете моего анализа последствий аналогичного случая разрушения дерева линейной молнией. Во время многодневных проливных дождей в конце июня 1994 года в лесу молния расщепила ель. Кора и наружные слои ствола ели распались веером с углом около 90^о от дерева. К моменту ее осмотра мною (примерно через неделю после происшествия) дачники или туристы уже собрали для костра, разведенного поблизости, часть длинных полос-щеп. Несобранные щепы и остатки щеп в костре позволили представить общую картину разрушения.

Моя версия состоит в том, что разрушение этой ели вызвано линейной молнией в результате действия электрогидравлического удара (мгновенного вскипания жидкости в канале сильноточного разряда с образованием ударной волны) [6] при протекании через ствол сильного тока. Энергия, выделенная в стволе ели линейной молнией, по моей оценке, на основе опыта работы [7], составляет около миллиона джоулей. Кстати, возможен и натурный эксперимент аналогичного разрушения ствола дерева.

В статье И. П. Стаханова, опубликованной в журнале "Наука и жизнь" [4], отмечаются и другие виды следов молний: "...это вытянутые в длину, иногда на несколько метров, рубцы, сходные по виду со следами поражения дерева от обычной линейной молнии". Автор относит эти рубцы к следам шаровой молнии, что возможно, но нельзя принять как однозначный вывод.

В новосибирском Академгородке [8] желобковый след на коре действительно произвела шаровая молния, так как были свидетели ее удивительной "работы". Считаю, что механизм "фрезерования" пропитанного влагой ствола ели (после двухсуточных дождей) основан на действии электрогидравлического эффекта [6]. Поэтому вывод автора статьи [8] о том, что поверхность шаровой молнии была холодной, поскольку не было обугливания желобка, считаю ошибочным. В описанном выше случае разрушения ели линейной молнией следов обугливания, как и в случае [8], также не наблюдалось. Обугливание могло быть только у сухого дерева при другом механизме действия молнии.

Гипотезы о природе шаровой молнии, выдвинутые независимо академиком П. Л. Капицей и профессором С. А. Зусмановским, побудившие их изучать СВЧ-разряд при атмосферном давлении, хотя и остаются недоказанными, но польза от этих исследований уже есть: построены мощные плазмотроны.

Г. ЩЕЛКУНОВ, старший научный сотрудник НПП "Исток".

1. Стаханов И. П. О физической природе шаровой молнии. — М.: Энергоатомиздат, 1985.

2. Смирнов Б. М. Проблемы шаровой молнии. — М.: Наука, 1988.

3. Барри Дж. Шаровая молния и четочная молния/ Пер. с англ. — М.: Мир, 1983.

4. Стаханов И. П. Фотографирование шаровой молнии. — «Наука и жизнь», 1989, № 9, с. 66—72.

5. Колосовский О. А. Исследование следа шаровой молнии на оконном стекле. — ЖТФ, т. L1, 1981, с. 856—858.

6. Юткин Л. А. Электрогидравлический эффект. — М.;Л.: Машгиз, 1955.

7. Щелкунов Г. П. Радиогидравлический эффект и его возможные применения: Сборник статей. — Личное издание, 1993.

8. Пудовкин А. К. Шаровая молния в новосибирском Академгородке. — УФН, 1996, т. 166, № 11, с. 1253—1254.