Техника - молодёжи 2007-06, страница 40
СМЕЛЫЕ ГИПОТЕЗЫ Шаровая молния сгусток холодной плазмы Владимир ОСТАПЕНКО, учитель физики, г. Мариуполь, Украина «Во всей истории науки найдётся немного загадок природы, решение которых давалось бы с таким трудом». С. Сингер. Природа шаровой молнии Окончание. Начало в «ТМ» № 5, 2007 РОЖДЕНИЕ ШАРОВОЙ МОЛНИИ В ПРИРОДЕ Попытаемся теперь понять механизм рождения шаровой молнии (ШМ) не в предполагаемых лабораторных условиях, а в природе. Опираясь на результаты многочисленных наблюдений, можем утверждать наличие прямой связи между разрядом линейной молнии и появлением ШМ. Так в книге [1, с. 69], наряду с другими, приведены и такие красноречивые факты: ...Молния превратилась в огненный шар... ...Молния вертикально распорола небо, и на конце её появился сверкающий шар... ...Шаровые молнии возникали также на концах разветвлённой молнии...(!) Что же там в действительности происходит? Прежде всего, отметим главные моменты из «жизни» обычной линейной молнии. 1. В нижней, отрицательно заряженной части грозового облака появляется мощное электростатическое поле очень высокой напряжённости: Е f 1 0е -г- 105 В/м. Свободные электроны в этом поле получают огромные ускорения (ещё раз отметим, что во всех скоротечных грозовых процессах главную роль играют именно свободные электроны, так как их масса несравненно меньше массы ионов). Ускорения, получаемые электронами от мощного электрического поля грозового облака, направлены вниз, так как поверхность земли под облаками, как правило, заряжена положительно («наведённый» облаком заряд). В результате этих воздействии на определенном этапе всю нижнюю часть облака пронизывает целая сеть плазменных нитей — стримеров. В следующее мгновение вся эта сеть под действием мощных электродинамических сил стягивается в единый плазменный канал будущей линейной молнии. (Подобно тому, как притягиваются друг к другу множество рядом расположенных проводников с одинаковым направлением тока.) 2. Развивающийся от «дна» тучи к поверхности земли плазменный канал «забит до отказа» свободными электронами, и его венчает так называемый «ступенчатый лидер». Стекание в развивающийся канал большей части заряда грозового облака создаёт между ступенчатым лидером с его боковыми ответвлениями и землёй стремительно нарастающую напряжённость электрического поля. При этом головка лидера имеет скорость vf 10?м/с (10000 км/с !). Спонтанное перераспределение зарядов внутри облака (для «подпитки» канала будущей линейной молнии) заставляет головку лидера двигаться с остановками на t f 50 мкс (отсюда и название — ступенчатый лидер). Согласно наблюдений [3, с. 103], диаметр первичного канала молнии составляет di f 1 -г- 10 см. Из-за колоссальной напряжённости электрического поля вокруг первичного канала образуется яркий коронный разряд диаметром d2 f 1 -г- 5 м (!). Отметим, что количество электричества, содержащегося в канале молнии перед его окончательным соединением с землёй, по разным данным составляет в среднем q f 8 -г- 25 Кл, хотя иногда встречаются разряды и в 160 Кл (!). 3. Ступенчатый лидер достигает земли, и с нижней части канала начинается стремительное «ссыпание» Шаровая молния, сфотографированная летом 1978 г. Вернером Бюргером в местечке Сант-Галленкирх, Ворарлберг, Австрия. Фото из книги Хилари Эванс «Посланники других миров», М., 1999 электронов в землю. Так развивается главное событие в жизни линейной молнии — обратная вспышка канала. Сила тока в канале возрастает до 105 -г- 10е А. В это мгновение и происходит окончательное, ударное формирование диаметра канала молнии. При этом волна чудовищно усилившегося кольцевого магнитного поля, охватывающего канал, скользит по нему снизу — вверх со скоростью, составляющей 1/3 от скорости света, доводя диаметр канала до нескольких миллиметров. Всё это сопровождается мощным светозвуковым эффектом. При сопоставлении основных моментов в развитии линейной молнии возникают два ключевых вопроса: а) почему при такой немыслимо высокой плотности отрицательного электричества, содержащегося в канале молнии, его диаметр составляет всего несколько сантиметров, а при обратной вспышке — вообще несколько миллиметров? б) что удерживает канал линейной молнии от взрывоподобного «расползания» во все стороны? (Ведь два одноимённых заряда по 1 Кл даже на расстоянии в 1 км отталкиваются друг от друга с силой F f 10000 Н !) Отвечая на эти вопросы, отметим, что с момента своего зарождения в нижней части грозового облака канал линейной молнии охвачен на всём его протяжении кольцевым импульсным магнитным полем. Именно мощь этого поля (особенно во время обратной вспышки) препятствует «расползанию» канала 38 2007 №06 ТМ |
