Откуда берутся шаровые молнии и опасны ли они

21 августа 2021 Ликбез Жизнь

Эту тайну пытался разгадать ещё Михаил Ломоносов.

Что такое шаровая молния

Это крайне редкое природное явление в виде летящей светящейся сферы, которую обычно связывают с атмосферным электричеством. Реальная природа шаровых молний неизвестна. Чаще всего они появляются в грозу, но иногда их видят и в спокойную погоду, причём как на улице, так и в помещениях.

Диаметр светящихся шаров может быть от 4–5 сантиметров до нескольких метров, хотя обычно эти молнии не больше баскетбольного мяча. Цвет бывает разным: красным, оранжевым и жёлтым, синим, зелёным или белым. Нередко появление такого объекта сопровождается шипящим звуком и резким запахом серы.

По рассказам очевидцев, шаровые молнии способны двигаться независимо от силы и направления ветра, могут прожечь окно или даже стену и убить человека. Правда, чаще всего не наносят вреда: просто появляются на несколько секунд и исчезают бесшумно или со взрывом.

Одно из первых упоминаний о шаровой молнии относится к 1638 году. Тогда очевидцы сообщили, что большой огненный шар почти разрушил одну из английских церквей, пробив стену. С тех пор накопилось немало свидетельств. Так, Михаил Ломоносов проводил осмотр тела академика Георга Рихмана, погибшего от шаровой молнии.

Однако, несмотря на весомое количество свидетельств, понять, откуда берутся шаровые молнии и что они собой представляют, у учёных пока не получается.

Как наука объясняет происхождение шаровых молний

Нам хорошо известно, как возникают обычные молнии. Это происходит из‑за столкновения разных электрических зарядов в атмосфере. При их встрече возникает мощный разряд.

А вот с шаровыми молниями такой определённости нет. Свои теории предлагают как заслуженные учёные, так и маргиналы от науки вроде псевдосинергетиков: всего насчитывается более 400 гипотез. Так, одно из экстравагантных объяснений гласит, что шаровые молнии — это порождения иных миров. Разберём более реалистичные варианты.

Плазма

Согласно одной из версий, шаровые молнии рождаются в момент удара обычной молнии о землю. В результате часть элементов почвы испаряется с большой температурой. Вместе с ионизированным кислородом они образуют смесь, которая начинает отдавать тепло и превращается в плазменный пузырь.

По другой похожей теории, после удара молнии о землю появляется микроволновое излучение. Оно, в свою очередь, нагревает воздух, из‑за чего образуется плазма. Учёным даже удавалось генерировать таким способом огненные объекты экспериментально.

А ещё электрические разряды могут приводить к появлению светящихся шаров, если атмосфера содержит такие газы, как пропан, этан или метан.

Ионы воздуха на стёклах

Климатологи из США и Австралии считают, что шаровые молнии могут вызывать атмосферные ионы, скапливающиеся на внутренней поверхности стёкол. Они создают электрическое поле, достаточное для возникновения разряда.

Взаимодействие электромагнитных волн с атмосферой

Знаменитый советский физик, лауреат Нобелевской премии, Пётр Капица предположил, что шаровые молнии провоцируются волнами электромагнитного излучения, которые возникают между облаками и землёй. Амплитуда этих колебаний может образовывать заряженный током сгусток воздуха — «пробой», или газовый разряд.

Галлюцинации

Согласно исследованию австрийских физиков, появляющиеся в грозу электромагнитные поля способны воздействовать на организм человека. Например, на зрительную кору головного мозга. Тогда человек может наблюдать светящиеся и движущиеся диски и линии. При подобной стимуляции участники эксперимента видели белые, серые или ненасыщенные цветом всполохи. Исследователи считают, что до половины всех наблюдений шаровых молний — это электромагнитные галлюцинации.

Тектонические эффекты

Известно, что редкие вспышки электричества, похожие на шаровые молнии, могут появляться во время землетрясений.

Почему природа шаровых молний всё ещё необъяснима

Несмотря на обилие гипотез, приблизиться к разгадке тайны шаровых молний пока не удаётся. Эти явления слишком редки и недолговечны, поэтому единой теории не появилось, а практически у всех гипотез находятся проблемы.

Например, шаровые молнии далеко не всегда появляются в местах скопления пропана, этана или метана, опыты с микроволновым излучением далеки от реальной жизни. А теория со стёклами не объясняет, как шаровые молнии появляются вне помещений.

В случае с галлюцинациями тоже не всё так гладко. Ведь очевидцы сообщают не только о белых или серых шаровых молниях, но и о сферах разных цветов. Кроме того, некоторые наблюдатели видели молнии очень близко и могли описать их внутреннюю структуру, а также связанные с ними запахи и звуки. Всё это мало похоже на простые отдалённые вспышки и не объясняет, почему несколько человек могли видеть летящие в одном направлении шары.

В 2012 году китайским учёным впервые удалось запечатлеть шаровую молнию, преодолевшую путь около 10 метров, на спектрометр. Прибор показал, что сфера содержит кремний, железо и кальций — элементы из местной почвы. Следы этих же веществ были найдены во фрагментах, предположительно оставленных шаровой молнией.

Это поддерживает теорию о плазменной природе явления, но для однозначных выводов ещё очень мало данных. Например, непонятно, как в таком случае шаровые молнии могут появляться внутри помещений.

Как не пострадать от шаровой молнии

Сегодня у нас слишком мало сведений, чтобы давать какие‑то определённые советы. По большому счёту можно опираться только на наблюдения очевидцев, а это весьма ненадёжные данные. Например, некоторые рекомендуют избегать металлических предметов, так как те якобы притягивают шаровые молнии.

Достоверно можно посоветовать лишь две вещи: стараться держаться подальше от шаровой молнии и не паниковать. Чаще всего это явление не наносит никакого урона, поэтому, заметив светящийся шар, лучше ничего не делать. И никогда не помешает оставаться дома в грозу. Ведь обычные молнии не менее, а, может быть, и более опасны.

Читайте также ⚡️👨‍🔬

• Неочевидная химия и физика: какие обыденные вещи могут быть опасны для жизни
• 8 загадок, которые наука пока объяснить не может
• «В наш самолёт 19 раз ударила молния». Интервью со стюардессой Светланой Демаковой
• Что такое статическое электричество
• 9 тайн мира, которые наука наконец раскрыла

Как появляется молния: причины и интересные факты

• 27 Июля, 2018
• Советы туристу
• Р.И.М.

Молния – мощнейший электрический разряд, который может происходить внутри облаков, между соседними облаками или между облаком и землей. А как появляется молния и почему? Разряду молнии всегда предшествует образование разности электропотенциалов между облаками или между облаком и землей.

Электризация облаков

Разряды молний могут возникать внутри облака, между соседними электризованными облаками или же между наэлектризованным облаком и землей. Сам процесс электризации всем хорошо знаком. К примеру, если взять пластиковую расческу и расчесать ею сухие волосы, то они начнут к ней притягиваться, может возникать искра. После этого к расческе могут притягиваться другие предметы, такие как перья, мелкие кусочки бумаги. Это явление называется электризацией трением. А как появляется молния, ведь тучи не трутся друг об друга?

Грозовое облако представляет собой огромное количество пара, частично сконденсированного в виде мелких капелек воды или льдинок. Верхняя часть пара может находиться очень высоко – до семи километров от уровня земли, а нижняя – на высоте около 500 метров. Примерно на высоте три и более километров облако содержит льдинки: температура на этой высоте в облаках ниже нуля. Сами льдинки находятся в постоянном движении, возникающими из-за восходящих потоков теплого воздуха. Мелкие льдинки легкие и теплыми потоками воздуха возвышаются вверх. Во время движения вверх они постоянно сталкиваются с крупными льдинками. Каждое столкновение приводит к электризации. При этом крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие – положительно. Постепенно мелкие льдинки заполоняют всю верхнюю часть облака, а внизу остаются только тяжелые элементы, заряженные отрицательно.

Сила неба

Когда противоположно заряженные частицы приближаются близко друг к другу, возникает светящийся канал, по которому проходят другие заряженные частицы. Так появляется молния. Как только возникает подобное свечение, то стоит быть очень осторожным, так как напряженность разряда огромна – около миллиона в/м, а энергии в такой молнии содержится до миллиарда джоулей.

В самом канале температура достигает 10 000 К, из-за чего и возникает яркий свет, который видно с земли. По этим каналам облака разряжаются, позволяя увидеть красивое свечение в виде молний. Раскаленная среда расширяется, вызывая ударную волну, т. е. гром.

Опыт

Зная, как появляется молния, можно самостоятельно сделать мини-молнию. Опыт проводится в темном помещении, в противном случае ничего не будет видно. Понадобится два овальных воздушных шарика. Их следует надуть и завязать. Шарики натираются шерстяной тканью. Во время этого процесса воздух, находящийся внутри шаров, начинает электризоваться.

Затем шарики устанавливают друг напротив друга, оставляя между ними зазор. Остается только наблюдать, как по нему между шариками будут проскакивать молнии. Вместе с ними будет слышно слабое потрескивание – своего рода миниатюрный гром.

Вид молнии

Каждый видел, что свечение представляет собой не прямую линию, а ломаную. Из-за чего молния появляется в таком виде? Процессу образования подобной ломаной способствует форма проводящего канала, представленная в виде ступенек. Каждая из подобных ступенек – это место, где движущиеся молекулы останавливаются из-за столкновения с воздухом и изменяют направление.

Молния – конденсатор, диэлектриком которого является воздух, а обкладки – земля и облака. Емкость подобного конденсатора мала, но зато напряжение в нем колоссальное и может достигать миллионов вольт. Причем во время свечения то, что мы видим с земли, – это не одна молния, а несколько разрядов, каждый из которых длится миллионные доли секунды.

Облако – дом для молнии

Откуда появляется молния, из каких облаков? Чаще всего это явление наблюдается в кучево-дождевых облаках. Однако подобное свечение наблюдается при торнадо, пылевых бурях, извержениях вулканов. Каждый вид имеет свои особенности, но то, как возникает молния, остается неизменным – всему виной трение.

Направление разряда

По направлению разряда молнии делят на следующие виды:

• молнии, возникающие между землей и грозовым облаком;
• молнии, сформированные между двумя облаками;
• внутренние разряды, происходящие внутри облаков;
• молнии, уходящие из облака в чистое небо.

Примерно 85 % всех разрядов происходит между грозовыми облаками как снаружи, так и внутри. Однако самая большая мощность у тех молний, который возникают между землей и небом. Каждый раз, как появляется молния и гром, видно красивый, разветвленный рисунок, реже разряд представлен линейным столбом. Самая редкая и необычная форма, которую пока еще не изучили, – шар (шаровые молнии).

Интересные факты

Загадочная природа возникновения молний не дает покоя ученым. И не зря.

1. Во время вспышки вырабатывается ток силой до 100 000 А.
2. Молния имеет высокое напряжение – свыше миллиарда вольт.
3. Во время разряда воздух разогревается до тридцати тысяч градусов, что в пять раз выше, чем на поверхности Солнца.
4. Молния имеет огромную скорость. От неба до земли разряд доходит всего за 0,002 секунды со скоростью 1 млн м/с.
5. Свечение проходит по очень узкому каналу: там, где проходит ток, канал толщиной всего в один сантиметр, а снаружи – 1 метр.

По оценкам ученых, вероятность быть убитым молнией не так уж и высока – примерно 1 шанс на 2 000 000: такие же шансы умереть, упав с кровати. А вот шансы увидеть шаровую молнию хотя бы раз в жизни намного меньше – примерно 1 из 10 тысяч.

Молнии очень длинные – несколько сотен километров. Если видны сначала разряды, а потом слышен гром, то молнии возникают в небе очень далеко, хотя возникновение разряда и сопровождается громом. Задержка звука происходит из-за того, что свет долетает быстрее, чем звук. Узнать более подробно о молнии, можно из видео, представленного в статье.

Молнии бывают не только на нашей планете. Также это явление наблюдается на других планетах: на Марсе, Венере и не только. Вспышки появляются неожиданно, длятся доли секунды и состоят из нескольких разрядов.

Несмотря на свою мощь и силу, самыми опасными считаются те молнии, которые возникают в облаках и не касаются земли. Также опасны шаровые молнии. О них мало что известно, но говорят, что рядом с ними нельзя двигаться, так как эти виды вспышек любят «погулять». Они могут даже в дом залететь, если будут открыты окна и двери во время грозы.

Самое красивое явление – это Огни Святого Эльма. Так называется свечение, возникающее после грозы на остроконечных фонарях, мачтах кораблей, зданиях.

Похожие статьи

Советы туристу

Архипо-Осиповка или Кабардинка: где лучше, отдых, инфраструктура, пляжи

Советы туристу

Город Флоренция, Италия: история, описание, достопримечательности и фото

Советы туристу

Где находится «Диснейленд», кроме США

Советы туристу

Куда поехать в России в ноябре: интересные варианты, советы и отзывы

Советы туристу

Где в Петергофе находятся фонтаны и когда их открывают?

Советы туристу

Ставрополь: где можно отдохнуть, что посмотреть, советы туристам

Что вызывает молнию? | Студенты-добровольцы Вандербильта для науки

по Nilai Vemula | 8 апреля 2021 г. | — | 0 комментариев

Джессика Хандверкер

Многие люди видели вспышки молнии и слышали раскаты грома во время грозы, но задумывались ли вы когда-нибудь о том, что вызывает молнию и почему свет может вызывать звук грома?

Молния — это электрический разряд, идущий от облака к земле. Облака состоят из множества частиц воды, и некоторые из них превращаются в лед из-за низких температур высоко в небе. Эти ледяные частицы настолько легкие, что могут перемещаться в воздухе, а иногда и сталкиваться друг с другом. Когда это происходит, положительные и отрицательные заряды сбиваются с частиц льда и выбрасываются в облако. Со временем верхняя часть облака становится положительно заряженной, а нижняя часть облака становится отрицательно заряженной. Земля под облаком имеет много положительных зарядов, которые притягиваются к отрицательным зарядам в нижней части облака. Поскольку противоположные заряды притягиваются, положительные заряды в земле стремятся подобраться как можно ближе к отрицательным зарядам в облаке, поэтому они движутся вверх. Например, они могут подняться на вершину дерева или здания, так как это ближе к облаку, чем к земле. В конце концов, облако получает так много отрицательных зарядов у своего основания, что поток отрицательно заряженных частиц (называемых электронами) направляется из облака к положительным зарядам на земле, образуя молнию. Как только молния попадает в землю, положительные заряды в земле могут перемещаться вверх к облаку, благодаря чему облако имеет более равномерный баланс положительных и отрицательных зарядов в его основании. Если рядом с грозой есть деревья или здания, молния с большей вероятностью ударит в них, поскольку положительные заряды пытаются подобраться как можно ближе к облаку. Вот почему важно укрыться в укрытие во время грозы. Если вы находитесь рядом с чем-то, что выше вас, или под ним, положительные заряды устремятся к вершине этого объекта и повысят вероятность того, что молния ударит в него, а не в вас. Однако стоять рядом с деревом или флагштоком во время грозы по-прежнему не рекомендуется, так как это привлечет молнию, а электричество может пройти через землю после удара молнии. Самое безопасное место во время грозы — внутри здания или в машине, если вы не можете попасть внутрь.

Когда бьет молния, выделяется много тепла. На самом деле молния может нагревать воздух вокруг себя до 54 000 градусов по Фаренгейту, что примерно в 4 раза горячее, чем на поверхности Солнца! Тепло придает воздуху энергию, которая заставляет его очень быстро расширяться и создает ударную волну. Первоначальный раскат грома вызван расширением нагретого воздуха, а последующие раскаты вызваны движением других частиц воздуха в пространство, ранее заполненное нагретым воздухом. Вы можете увидеть молнию раньше, чем услышите гром, потому что свет распространяется быстрее звука. Один из способов определить, насколько далеко от вас находится молния, — это подсчитать, сколько времени требуется, чтобы услышать гром после того, как вы увидели вспышку молнии. Звуку требуется около 5 секунд, чтобы пройти милю, поэтому молния удаляется примерно на милю за каждые 5 секунд, которые проходят.

Что вызывает молнию, остается загадкой.

Может это космические лучи?

Молния ударила в гору Сан-Пьетро на французском средиземноморском острове Корсика. Могут ли молнии быть вызваны космическими лучами?

Фото Паскаля Почарда-Касабьянки/AFP/Getty Images

Молния — это естественный электрический разряд, но ученые до сих пор ломают голову, пытаясь понять, что его вызывает. Известный российский физик Александр Гуревич  рассказывает

Кате Москвич  о своей теории, которая действительно не от мира сего

Чего мы не знаем о молнии?
Основная проблема заключается в том, что мы не знаем, как грозовое облако получает искру, необходимую для запуска молнии. Самая большая загадка заключается в том, что электрическое поле в грозовых облаках не очень велико. Годы экспериментальных измерений с самолетов и воздушных шаров показали, что поле примерно в 10 раз меньше того, что необходимо для возникновения молнии. Непонятно, как рождается молния, но идея в том, что что-то должно сначала ее «посеять».

Что мы знаем о том, как работает молния?

В 1749 году Бенджамин Франклин открыл, что молния представляет собой электрический разряд между грозовым облаком и Землей. Мы знаем, что грозы могут генерировать более 100 миллионов вольт электричества, но мы также знаем, что это происходит на очень большом пространстве — в сотнях метров. Таким образом, результирующее электрическое поле, или концентрация электрической силы, на самом деле не очень велика.

com/_components/slate-paragraph/instances/cq-article-09291057a9d70bfc5c807b23219c472b-component-7@published»> Подсчитано, что каждую секунду в Землю ударяет более 100 молний. Как высвобождается этот электрический ток?
Чтобы молния распространилась из точки своего происхождения в другие места — например, на землю — воздух, который обычно является изолятором, должен каким-то образом позволять электрическому заряду свободно перемещаться. Нижняя часть грозового облака заряжена отрицательно, и по мере движения грозы положительно заряженные частицы собираются на уровне земли. Таким образом, когда запускается молния, нижняя часть облака создает канал ионизированного воздуха — или «лидера» молнии, — который позволяет электрическому току свободно течь и переносит отрицательный заряд к положительно заряженным объектам, таким как деревья или здания. Именно тогда происходит удар молнии. И эти потоки огромны: они нагревают воздух примерно до 27 700 градусов по Цельсию, что примерно в четыре раза горячее, чем на поверхности Солнца.

Каковы основные теории о том, что инициирует этот процесс?
Гипотеза, которую исследуют многие ученые, состоит в том, что молния инициируется, когда столкновение между частицами льда в грозовых облаках ионизирует воздух. Частицы льда могут отделить достаточно электрического заряда, чтобы создать сильное электрическое поле и вызвать удар молнии. Другая возможность, над которой я работаю, — это то, что известно как «пробой убегающих электронов». Идея состоит в том, что может существовать другой тип электрического разряда, совершенно новое физическое явление.

Ваша теория состоит в том, что этот другой тип электрического разряда вызывается космическими лучами. Как?
Космические лучи представляют собой высокоэнергетические частицы, в основном протоны, рожденные и ускоренные энергетическими астрофизическими процессами, такими как сверхновые звезды и столкновения звезд. Эти лучи путешествуют по космосу и попадают в верхние слои атмосферы Земли, создавая высокоэнергетические потоки ионизированных частиц, разогнанных почти до скорости света. Мы можем измерить эти ионизированные частицы с помощью детекторов космических лучей. Поскольку космические лучи производят ливни высокой энергии, для того чтобы они вызвали молнии в грозовом облаке, начальное электрическое поле облака не должно быть очень большим.

Как вы думаете, что происходит, когда космические лучи сталкиваются с грозой?
Наша теория состоит в том, что когда эти высокоэнергетические частицы проходят через грозовое облако, они ионизируют воздух внутри него и создают область с большим количеством свободных электронов, которые сталкиваются с атомами в воздухе и производят еще больше электронов: это беглый срыв. При этом первоначальное распространение электричества в грозовом облаке может происходить на огромном пространстве — в несколько сотен метров или даже километров. Это связано с тем, что как только запускается безудержный пробой, каскад высокоэнергетических частиц быстро преодолевает большие расстояния. Результатом является создание этого очень большого количества отрицательно заряженных частиц, именно то, что должно вызвать искру, которая инициирует удар молнии. В принципе, именно это и происходит в грозовых облаках, но непосредственно в экспериментах это еще никто не доказал.

Впервые вы представили эту идею два десятилетия назад. Какие новые улики у вас есть сейчас?
Результаты численных расчетов показали, что такой пробой убегающих электронов существует. Но теория всегда связана с какой-то идеализированной моделью. Во время настоящей грозы такие условия, как ветер и электрическое поле, изменяются в пространстве и времени; невероятно трудно доказать гипотезу экспериментально. Поэтому мы решили взглянуть на радиоимпульсы, которые возникают в начале удара молнии. Они были замечены раньше, совпадая с космическими лучами, но никогда не объяснялись. Мы хотели доказать, что это ливни ионизированных частиц

вызвано космическими лучами, проникающими сквозь грозовые облака, которые производят радиоимпульсы.

Как бы вы могли это продемонстрировать?
Мы использовали устройство, которое измеряет радиоволны и показывает, откуда они исходят, для записи данных о 3800 ударах молнии в землю в России и Казахстане. Когда мы проанализировали эти данные, мы обнаружили, что, хотя их структура соответствовала той, что предсказывается моделями неуправляемого пробоя, импульсы были слишком велики, чтобы их могли генерировать обычные космические лучи.

Так может быть что-то усиливает воздействие космических лучей?
Мы предложили объяснение: мы знаем, что в каждом грозовом облаке есть крошечные заряженные ледяные частицы, называемые гидрометеорами, и мы думаем, что они могут усиливать импульсы. Наши расчеты подтверждают это: когда большое количество свободных электронов, созданных в процессе безудержного распада, инициированного космическими лучами, собирается возле этих гидрометеоров, они усиливают ток и наблюдаемый радиоимпульсный сигнал.

Какие еще эксперименты вы проводите для подтверждения теории пробоя?

Мы также пытаемся найти корреляцию между гамма-лучами, космическими лучами и радиоимпульсами, потому что считаем, что гамма-всплески, которые мы видим над грозовыми облаками, вызваны процессом неконтролируемого распада. Гамма-лучи представляют собой чрезвычайно энергичную форму электромагнитного излучения. Обычно они невидимы, но высокоэнергетические взрывы гамма-лучей, известные как гамма-всплески, видны и невероятно ярки. Эти всплески обычно происходят в глубоком космосе, но они также наблюдаются в атмосфере Земли в виде очень ярких вспышек, длящихся доли секунды над мощными грозовыми облаками.

Как вы наблюдаете эти яркие вспышки?
Чтобы увидеть гамма-излучение, нужно находиться очень высоко, а наша лаборатория на Тянь-Шаньской высокогорной научной станции в Казахстане находится на высоте почти 4 км над уровнем моря. У нас там есть датчики, которые измеряют гамма-излучение; совершенно ясно, что когда нет гроз, нет и гамма-всплесков. Но, в соответствии с нашей теорией, как только начинается гроза, эти яркие вспышки появляются внутри грозовых туч — и они коррелируют с радиоимпульсами, которые мы тоже регистрируем.