XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Шаровая молния относится к числу достаточно редких явлений. Механизм образования шаровой молнии до сих пор окончательно не изучен. Впервыe научное описание шаровой молнии дал в книге «Гром и молния» французский физик Франсуа Арго в начале XIX века. Это первая книга о молнии, электрическую природу которой открыли за полвека до этого. В книге Арго были описаны два десятка случаев наблюдения шаровой молнии. Ее свойства до сих пор сложно определить, потому что описания в основном принадлежали людям, которые не были учеными, и делались обычно не по горячим следам. Сложность ее изучения в том, что невозможно предсказать где и когда она появится, а воспроизвести нечто подобное в лабораторных условиях невозможно.

Исследователи, которые собирали информацию об этом явлении, опирались на довольно ненадежный источник — сообщения очевидцев. Свидетели явления говорят, что размеры шаровой молнии от пяти сантиметров до метра. Свечение длится от долей секунды до нескольких секунд и даже десятков секунд. При контакте с шаровой молнией люди часто испытывали сильный удар током, вплоть до смертельного. Некоторые наблюдатели говорили о шипении шаровой молнии, о том, что она представляла собой клубок светящихся каналов голубого цвета, но в крупных шаровых молниях были и красные цвета. Шаровая молния «проходит» сквозь стекла и ее даже как будто бы видели внутри самолетов. Шаровую молнию чаще всего видят после удара обычной молнии. Но разряд молнии вблизи выглядит как очень яркая вспышка света. Поэтому в начале XX века были ученые, которые считали, что шаровая молния — это не физическое явление, а артефакт, засветка глаза.

Как возникает шаровая молния

Существует огромное количество теории о возникновении и составе шаровых молний (кластерная теория, электронно-ионная теория, кватаронная модель конденсации водяного пара и т.д.), но мы рассмотрим только основные.

1 )Волновая теория

Эту теорию предложил советский физик , нобелевский лауреат Петр Леонидович Капица. В ней утверждается, что шаровая молния возникает в пучности стоячей электромагнитной волны, которая возникает в результате грозовой активности.

Рис.1 - Стоячая волна, приводящая к возникновению шаровой молнии

Действительно, при падении волны на поверхность с их последующим отражением гребни волн могут наложиться друг на друга и тогда возникнет стабильная, не меняющаяся во времени стоячая волна (см. рис.1).

В стоячих волнах есть такие зоны, которые называются пучность. В этих областях очень высокое электрическое поле и возникает очень сильная ионизированная плазма, которую мы и называем шаровой молнией. В этой теории шаровая молния подпитывается энергией электромагнитной волны.

2) Химическая теория

В этой теории утверждается, что шаровая молния берет энергию не из электромагнитной волны, а из химических реакций. Таким образом, эта теория гласит о том, что шаровая молния состоит из оксидов азота и озона.

Внутри молнии происходят химические реакции:

Однако, под некоторым подсчетам, энергии данных химических реакций не хватает, что бы молния светилась так ярко, как мы наблюдаем. Так что, наиболее состоятельно выглядит плазменная теория.

3) Плазменная теория

В этой теории считается, что шаровая молния является плазмой, то есть положительными и отрицательными ионами, которые образуются в результате удара обычной молнии. В этой случае положительные и отрицательные ионы сталкиваются и нейтрализуют друг друга. Это называется рекомбинацией.

Но из каких именно веществ состоит шаровая молния? Понять об этом нам поможет фульгурит спекшийся от удара молнии кварц SiO₂.

Когда обычная молния попадает в печаный грунт, из-за высокого нагрева песок может расплавиться и при последующем охлаждении застыть в виде трубочки, изображенной на рисунке 2.

Рис.2 -Фульгрит

Внутри этих трубочек может образоватся оксид кремния, который даст начало образованию шаровой молнии.

Шаровая молния, помимо азота, содержит еще и железо, кальций и кремний, которые в большом количестве содержатся в почве. И это подтвержает,что шаровая молния состоит из веществ почвы, которые испараются при ударе обычной молнии. Но, конечно же, это всего лишь гипотезы и в настоящем мире все может быть соверншенно по-другому.

Вывод. Природа шаровой молнии еще малоизвестна миру, не смотря на то, что ее изучению учёные всего мира уделяют огромное внимание. Она может быть совершенно непредсказуемой и вести себя вопреки всем правилам и теориям. Но каждый человек должен получить знания об этом явлении природы.

Литература

Шаровая молния. [Электронный реcурc]. – Режим доcтупa: http://science-interest.ru/article/fizika/sharovaya-molniya.html – зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 21.12.2018)

ПостНаука. А Костинский о шаровой молнии, гипотезах ее существования и моделировании этого явления в лаборатории. – Режим доcтупa: https://postnauka.ru/longreads/78162 – зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 21.12.2018)

Что такое шаровая молния. – Режим доcтупa: https://youtu.be/LGgCqSSqdcI – зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 21.12.2018)

Код для цитирования: Скопировать