Охота за шаровой молнией. Учёные пытаются объяснить загадочное явление
Несмотря на многовековую историю науки, в природе планеты Земля остаются явления, которые всё ещё представляют загадку для учёных. Одно из них — шаровая молния.
Об этом удивительном феномене, который обычно возникает во время грозы, выглядит как светящееся и плавающее в воздухе образование, способное перемещаться по непредсказуемой траектории, исследователи до сих пор знают крайне мало. А есть и те, кто считает его выдумкой или, на худой конец, оптической иллюзией, галлюцинацией впечатлительных людей.
Когда это похоже на магию
Первым учёным, который взялся собрать и систематизировать случаи наблюдения шаровых молний, был французский физик и астроном Франсуа Араго. Книгу, в которой описано 30 случаев появления светящихся сгустков, он издал в половине XIX века. Араго не сомневался, что феномен связан с электричеством, но тогда многие его коллеги предполагали, что это либо оптическая иллюзия, либо явление иной, неэлектрической природы.
Время шло, накапливалась статистика. Не замечать её было бы странно, тем более что огромное количество информации поступало от военных — людей, которым можно доверять. В годы Второй мировой войны огненные шары, двигавшиеся по необычной траектории, часто замечали пилоты (такие объекты стали называть Foo fighters), о них сообщали моряки и даже подводники, которые наблюдали маленькие шаровые молнии в замкнутом пространстве субмарин при включении или выключении аккумуляторов и электромоторов.
Хватало свидетельств и со стороны гражданских лиц. Например, 6 августа 1944 года жители шведского города Упсала видели, как шаровая молния прошла сквозь закрытое окно, проделав в стекле дырку диаметром 5 сантиметров. Но бывает, что загадочное образование проникает сквозь препятствие, не оставляя никаких следов. По данным доктора физико-математических наук Александра Григорьева, таких случаев немного, но они есть: из 5315 свидетельств, собранных им и его коллегами — 42. Учёный предполагает, что шаровая молния, возможно, не проходит сквозь стекло, а порождает своим электрическим полем аналогичный объект по другую сторону преграды. Если это так, то это прямо-таки похоже на магию.
Иногда встреча с огненным «гостем» завершается взрывом. Таких случаев тоже описано много. Скажем, в 2008 году кондуктор троллейбуса в Казани спасла пассажиров от залетевшей в окно шаровой молнии. Она отбросила её в свободную часть салона с помощью валидатора, и тут же прогремел взрыв. Троллейбус вышел из строя, но люди не пострадали.
Наконец, есть огромное количество свидетельств, когда шаровая молния убивала людей или животных. И даже устраивала что-то вроде охоты — гналась за пытавшейся скрыться жертвой и, догоняя, поражала её электрическим разрядом либо взрывом.
Солнце в миниатюре
На протяжении десятилетий учёные ограничивались сбором рассказов очевидцев и анализом статистики. Ставить эксперименты, пытаясь воспроизвести шаровую молнию в лаборатории, не спешили: во-первых, непонятно, как это сделать, во-вторых, это было небезопасно, в-третьих, не имело очевидной прикладной значимости.
Первым, кто занялся практическим изучением феномена, был Никола Тесла. Легендарный физик и инженер, который был с электричеством на «ты», оставил упоминания, что при определённых условиях наблюдает у себя в лаборатории сферические светящиеся разряды. Правда, таких записок немного. А некоторые очевидцы утверждали, что Тесла даже мог брать шаровые молнии в руки и прятать их в коробки, закрывая крышкой, а потом вновь доставать.
Но это, конечно, байки. Подлинный научный интерес к явлению возник в 1950-х, когда начались работы в области физики плазмы и её прикладных применений. Учёные хотели (и до сих пор хотят) во что бы то ни стало добиться стабилизации плазмы — состояния вещества, в котором на протяжении миллиардов лет живут звёзды, включая наше родное Солнце, а сделать это архисложно. Поскольку шаровая молния похожа на сгусток плазмы и способна автономно существовать десятки секунд, на явление обратили внимание маститые физики. Среди них был, например, Пётр Капица. Он смог получить сферический газовый разряд в среде гелия, а в 1955 году опубликовал статью «О природе шаровой молнии». Знаменитый советский учёный рассматривал версию о подпитке шаровой молнии энергией извне. И видел в ней прообраз управляемого термоядерного реактора.
Сейчас феномену посвящены тысячи экспериментов и теоретических работ. В лабораторных условиях не раз удавалось получить нечто шарообразное и светящееся, правда, так и остаётся неясным, тождественны ли эти объекты тем, что возникают во время грозы в атмосфере и пугают очевидцев одним своим видом.
«То, что получается во всех этих экспериментах, конечно, не шаровая молния, а просто что-то на неё похожее, — рассуждает Александр Григорьев. — Такие объекты принято называть "долгоживущими плазменными образованиями". Долгоживущие они по сравнению с обычным ионизированным воздухом, который при этом объёме прекратил бы свечение за микросекунды».
Учёный приводит примеры. Светящиеся шарообразные объекты диаметром 20–30 сантиметров, живущие около секунды, получали из разрядной плазмы во Владимирском государственном университете. В Петербургском институте ядерной физики РАН их стабильно производят при существенно меньших токах и на совсем простом оборудовании. Но время жизни всех этих плазмоидов очень мало, как и их энергия: её не хватает даже на то, чтобы прожечь газету. Какие там погони за несчастными жертвами? Какие убийства и пожары?
В прошлом году очередное плазменное образование удалось получить команде финских и американских специалистов. Они использовали два противоположно направленных потока электронов, в результате чего в лаборатории возник электромагнитный «узел» в форме шара. Эксперимент сняли на видео, а ролик разместили в Сети. Но учёные сами признают, что это была не шаровая молния, а некий «квантовый магнитный вихрь», свойства которого лишь похожи на свойства шаровой молнии. Ну и жил этот лабораторный «продукт», опять же, недолго.
Лучше не в лаборатории, а на полигоне
Таким образом, объём накопленных сведений о шаровой молнии (прежде всего, наблюдений) велик, а понимания, что это такое, откуда берётся и как устроено, по-прежнему нет. Вопрос о природе явления остаётся открытым: общепризнанной физической теории его возникновения и протекания до сих пор не представлено, ни одной опытной установки, на которой оно искусственно воспроизводилось бы в полном соответствии с описаниями очевидцев, не создано.
«У каждого своя точка зрения, есть разные гипотезы и модели. Я считаю, что шаровая молния состоит из электронов и ионов элементов, входящих в состав воздуха, — рассказывал в интервью порталу "Научная Россия" старший научный сотрудник Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН, доктор физико-математических наук Михаил Шматов. — Многие интересуются шаровой молнией, но при этом есть специалисты по физике плазмы, которые ничего не знают об этом объекте. Почему же до сих пор не удалось однозначно установить её природу? Одна из основных проблем заключается в отсутствии достаточно широкомасштабных и хорошо финансируемых исследований в этой области».
Учёный обращает внимание, что изучение шаровой молнии на самом деле может иметь важное прикладное значение. Исследование плазмы и возможности её удержания необходимо для создания того самого реактора управляемого термоядерного синтеза, о котором мечтал Пётр Капица. А такая установка позволит человечеству овладеть новым видом энергии — дешёвой, безопасной и неисчерпаемой.
Так можно ли создать шаровую молнию в лабораторных условиях? Правильнее было бы проводить такие эксперименты не в лаборатории, а на полигоне. Дело в том, что это природное явление связано с грозовой активностью атмосферы и сопровождается гигантскими характеристиками электрического потенциала и напряжения. «При определённых условиях мы можем уйти в диапазон нескольких сот миллионов вольт, а возможно, даже до нескольких миллиардов. Поэтому работы лучше проводить в полигонных условиях, — объясняет Михаил Шматов. — Подобные эксперименты в США проводились как минимум два раза — с попыткой использования молний, инициируемых ракетами, тянущими за собой проволоку. Правда, пуск ракеты — серьёзная вещь, это очень дорогое и опасное занятие».
Это не отменяет и более простые эксперименты, без запуска дорогих и опасных ракет. Учёные уже хорошо представляют, при каких условиях в природе возникают шаровые молнии. Такую обстановку можно воспроизвести в лаборатории, дождаться появления плазменного образования и изучить его доступными современной науке методами.