Шаровые молнии своими руками

Лабораторные опыты с атмосферным электричеством позволяют узнать много, но загадки все ещё остаются
Плазменная лампа Николы Теслы не может считаться моделью шаровой молнии, хотя изобретателем наверняка двигал интерес к этому странному атмосферному явлению. Оказалось, что холодная плазма в разреженной среде при наличии быстропеременного электрического поля имеет к нему мало отношения. Фото (SXC license): Jeff Hire
Плазменная лампа Николы Теслы не может считаться моделью шаровой молнии, хотя изобретателем наверняка двигал интерес к этому странному атмосферному явлению. Оказалось, что холодная плазма в разреженной среде при наличии быстропеременного электрического поля имеет к нему мало отношения. Фото (SXC license): Jeff Hire
В Петербургском институте ядерной физики уже несколько лет существует мастерская шаровых молний. Тут была придумана и создана небольшая установка, с достаточной точностью воспроизводящая природный процесс рождения молний на влажной поверхности: тут есть медный ввод, играющий роль громоотвода, кварцевая трубочка с электродом, открытая поверхность водопроводной воды. В роли громового облака выступает батарея конденсаторов на 600 мкФ, которую можно заряжать до 5,5 кВ. Это серьезное напряжение — малейшая неосторожность при работе с ним грозит смертельной опасностью.

Она была подробно описана в институтском препринте от 24 марта 2004 года. Вода в полиэтиленовой чашке должна быть заземлена, для этого на дно положен медный кольцевой электрод. Он соединен изолированной медной шиной с землей. Положительный полюс конденсаторной батареи тоже заземлен. От медного ввода хорошо изолированная шина ведёт к центральному электроду. Это цилиндрик из железа, алюминия или меди, диаметром 5–6 мм, который плотно окружен трубочкой из кварцевого стекла. Она возвышается над поверхностью воды на 2–3 мм, сам электрод опущен вниз на 3–4 мм. Образуется цилиндрическая ямка, куда можно капнуть каплю воды. Конец медного провода от отрицательного полюса конденсаторной батареи нужно закрепить на длинной эбонитовой ручке.

Если быстро коснуться этим разрядником медного ввода, то из центрального электрода с хлопком вылетит плазменная струя, от которой отделится и поплывет в воздухе шаровой плазмоид. Цвет его будет разным: с железного электрода сорвется яркий белёсый плазмоид, с медного — зеленый, а с алюминиевого электрода — белый с красноватым отливом: такие плазмоиды видят летчики, когда в самолет ударяет молния.

Чтобы получить настоящую шаровую молнию, нужно вставить в кварцевую трубку цилиндрик из пористого угля. Такие угли используют при дуговом спектральном анализе. Пористый уголь можно пропитать разными растворами и суспензиями. Если нанести на электрод водную вытяжку из почвы, с органикой, частичками угля и глины, то при разряде из электрода вылетит классическая шаровая молния «апельсинового» цвета. Правда, проживет она не дольше секунды, но этого достаточно, чтобы рассмотреть её во всех деталях и полюбоваться ею.

Для того, чтобы изучать свойства шаровых молний, нам приходилось изготавливать их тысячами. Прежде всего, электрические измерения показали, что шаровая молния — это, действительно, автономное образование: ток в разрядном контуре исчезает через десятую долю секунды, потом молния свободно движется и светится за счет аккумулированной энергии. При этом, кстати, она не горячее огурца на грядке. Этот парадокс связан с особым состоянием ионов в керне шаровой молнии. Каждый возникший при разряде ион сразу гидратируется — во влажном воздухе его плотно окружают молекулы воды. Разноименные ионы притягиваются друг к другу, но молекулы воды мешают им сблизиться. Возникает особое состояние вещества — гидратированные кластеры. Компьютерное моделирование показало, что в гидратированной плазме скорость рекомбинации ионов резко замедляется. Если в «сухой» плазме она происходит за миллиардную долю секунды, то у ионов, законсервированных в кластере, рекомбинация затягивается на десятки и сотни секунд. В течение этого времени молния будет светиться.

Получение настоящих шаровых молний — дело нетрудное. Нужна линейная молния, бьющая в некое подобие громоотвода, и сырой воздух. Рисунок автора
Получение настоящих шаровых молний — дело нетрудное. Нужна линейная молния, бьющая в некое подобие громоотвода, и сырой воздух. Рисунок автора
В керне шаровой молнии гидратированные кластеры с большим дипольным моментом образуют цепочечные и фрактальные структуры. Клуб теплого, влажного воздуха может аккумулировать громадную энергию, до килоджоуля на литр, если получит её при разряде в виде разобщенных ионов разного знака.

Таким образом, загадку шаровых молний можно считать разгаданной. А ведь ещё совсем недавно она занимала свое место среди загадок природы, обсуждаемых на телевидении и в печати, где-то рядом с НЛО, Тунгусским метеоритом и Бермудским треугольником. И это неудивительно. Миф о шаровой молнии кормит уже не одно поколение журналистов и ученых. В погоне за сенсацией в сообщения о шаровой молнии вводились красочные подробности. Бесхитростный рассказ фермера: «Раздался сильный удар грома. По водосточной трубе сбежал огненный комок, размером с кулак, и нырнул в бочку с водой. Вода булькнула. Я подошел и сунул руку в воду. Вода, вроде, стала теплее…», — после четырех последовательных перепечаток в газетах превратился в научный труд по вычислению запаса энергии в объеме размером с кулак, способном испарить объем воды размером с бочку.

Известному охотнику за шаровой молнией Игорю Павловичу Стаханову (1928–1987) пришлось разработать специальную методику опроса очевидцев, чтобы отделить реальность от домыслов и вымыслов. После критической обработки рассказов очевидцев Стаханов — как и Джеймс Барри (James Dale Barry) лет за десять до него — пришел к выводу, что в большинстве случаев шаровая молния представляет собой светящийся сфероид, 12–25 см в диаметре, свободно плывущий в воздухе и существующий 1–2 секунды. Реже шаровая молния имеет форму тора или короны. Окрашена она обычно в разные оттенки желто-красного цвета, встречаются также серо-голубые и сиреневые тона и, иногда, зеленоватые - от примеси меди.

У большинства молний видно светящееся ядро и окружающая его оболочка. Иногда ядро вращается вокруг горизонтальной оси. В редких случаях внутри молнии видно блестки, как на новогоднем шарике. Она никогда не обугливает бумагу или ткань и не производит ощущения нагретого тела. Обычно она бесследно исчезает, хотя иногда взрывается с резким хлопком, подобно шарику с водородом или метаном.

В редчайших случаях шаровая молния может прожить десяток секунд. Замечательную молнию посчастливилось наблюдать в 1867 году химику Михаилу Дмитриеву на р. Онеге. Воздух в тот день был чистым, хорошо промытым дождем. После сильного линейного разряда с громовым ударом шаровая молния появилась над длинным (130 м) плотом из мокрых бревен, образовавших проводящую плоскость. Шаровая молния, с серо-голубым керном и голубоватой оболочкой, медленно двигалась над плотом, постепенно поднимаясь, вышла на берег и, после беспорядочных движений среди деревьев, исчезла. Просуществовала она более тридцати секунд. Дмитриеву удалось взять пробы воздуха около молнии. Анализ показал, что пробы содержат повышенное содержание озона и окислов азота, как это бывает после грозы.

По показаниям свидетеля Соколова, причиной смерти российского академика Георга Вильгельма Рихмана (1711–1753) явилась именно шаровая, а не линейная молния. Установка Рихмана для измерения атмосферного электричества состояла из громоотвода, соединенного проводом с незаземленным электрометром. Рис. М. В. Ломоносова
По показаниям свидетеля Соколова, причиной смерти российского академика Георга Вильгельма Рихмана (1711–1753) явилась именно шаровая, а не линейная молния. Установка Рихмана для измерения атмосферного электричества состояла из громоотвода, соединенного проводом с незаземленным электрометром. Рис. М. В. Ломоносова
Шаровая молния — далеко не единственный природный феномен, связанный с атмосферным электричеством. Кроме них существуют линейные молнии, токовые струи, четочные молнии, голубые струи и спрайты, различные формы сидящих разрядов и огней святого Эльма. Линейная молния — грозное явление природы — это мощный высоковольтный пробой влажной атмосферы. Чаще всего линейный разряд происходит над землей в облачном слое.

Токовые струи — более редкое явление — это сток электрического заряда по каналу, оставленному линейной молнией или высокоэнергетичной космической частицей. Токовые струи интенсивно изучаются. Их можно получать искусственно, запуская в грозовое облако ракету с проволочным хвостом. По проволоке стекает электрический заряд — возникает светящийся след с округлой светящейся головкой.

При определенных условиях головная часть струи, обогащенная электронами, может отделиться и просуществовать некоторое время в виде автономного светящегося образования.

Токовая струя всегда движется вдоль линии наименьшего электрического сопротивления. В дом она, чаще всего, проникает через дымоход, электропроводку, телефонный или телевизионный кабель. Может влететь в форточку, обтекая стекло, а иногда проделывает в нем дырочку.

При сильном ветре, когда воздух электризуется от трения, токовые струи возникают в ясную погоду. Тогда электрический заряд стекает невидимо, и только в узкостях канала появляется голубоватое свечение.

Шаровые молнии своими руками
В горах, в чистом разреженном воздухе, токовые струи и огни святого Эльма проявляются чаще, чем на равнине. Альпинистам частенько достается от токовых струй. Не вдаваясь в тонкости, они зовут их «шаровыми молниями».

Отрицательный заряд, пришедший на поверхность земли при разряде линейной молнии, распространяется по узкому электропроводному каналу. Если этот канал снова выходит на поверхность, то из него может вырваться плазменная струя, от которой отделится и поплывет шаровая молния. Видеть рождение шаровой молнии доводилось редким очевидцам. Тем значительнее случай, произошедший на одной геодезической вышке с простейшим громоотводом из железного троса. Он был небрежно прикопан у основания — конец его торчал из лужи. При ударе молнии в громоотвод из конца троса вырвалась ослепительная струя, от которой отделился и поплыл в воздухе светящийся комок.

Одно из самых удивительных и необъяснимых свойств шаровой молнии — её способность снимать золотые обручальные кольца с руки, не вызывая при этом ожогов. Золотое или медное колечко из проволоки, повешенное на пути шаровой молнии, теряет часть своей массы, что можно установить взвешиванием. По-видимому, это явление связано с ускоренной рекомбинацией ионов на поверхности металла, что сопровождается его распылением.

Нашу мастерскую шаровых молний посетили сотни желающих посмотреть на редкий феномен: академики, ученые, специалисты в области атмосферного электричества, журналисты, телевизионщики, и просто интересующиеся шаровой молнией.

Особенно благодарными были очевидцы природного явления — демонстрация шаровой молнии вызывала у них воспоминание о прежней встрече с ними. Выяснялись новые подробности. Оказалось, что наблюдателей короткоживущих шаровых молний гораздо больше, чем анкетированных у Стаханова — просто многие не придают значения своей встрече с этим мимолетным явлением.

У некоторых зрителей вспышка плазменной струи вызывала стойкий послеобраз на сетчатке глаза. Он существует десяток секунд и двигается в пространстве при повороте головы. Как тут не вспомнить теорию, что долгоживущие шаровые молнии — феномен не физический, а физиологический.

Конечно, эта теория не верна: шаровые молнии безусловно могут жить более десяти секунд. Это отнюдь не комок плазмы, как полагают некоторые. Это сложное физико-химическое образование — клуб тепловатого, влажного воздуха с обильной популяцией гидратированных разноименных ионов, связанных в кластеры, которые образуют некоторую структуру, окруженную отрицательно заряженной оболочкой. Физика шаровой молнии — это физика громадных токов при относительно низком напряжении.

Уйдут годы на детальное исследование такого сложного состояния материи. Процесс можно ускорить, если установить достойную премию за метод устойчивого получения долгоживущих шаровых молний. Нужны международные соревнования по получению самой долгоживущей шаровой молнии. Возможно, это окажется не так уж и сложно: известно, что некоторые громоотводы на высотных зданиях охотно посещаются молниями в течение года. Достаточно поставить на пути стока заряда тазик с грязной водой, чтобы получить полигон для создания настоящих природных шаровых молний.

Кроме того...
Visa придумала оплату брелоком
Компания Visa выпустила на рынок, пожалуй, одно из самых маленьких в мире устройств оплаты — брелок Micro Tag....
У части человечества мускулы изменились в результате мутации
Миллиард жителей планеты лишены мышечного белка,...
История вертушек
Началом рождения приспособлений для проигрывания мелодий, а потом и пластинок считается конец 17 века. Именно в это время Франция на прилавок...
  • Текущие обсуждения статей
Бионическая рука-протез
Телепортация - фантастика или реальность?
Ученые вывели формулу удачи
Смех не лечит раковых больных
Приливы и отливы вызывают сейсмические колебания
Нью-Йорк и Лос-Анджелес уйдут под воду к 2015-му году
Посмотреть весь форум

  • поиск статей на сайте
Введите фразу, слово или часть слова
Темы этого номера
Лица против паролей
Лица против паролей Лица против паролей
Исследователи из университета ХьюстонаUniversity of Houston разработали новую компьютерную программу под названием URxD, которая, используя трехмерные изображения
Впервые создан беспорядочный магнит
Впервые создан беспорядочный магнит Впервые создан беспорядочный магнит
Впервые удалось создать ферромагнетик с беспорядочным магнитным полем внутри. Первые же эксперименты подтвердили давно предсказанные теоретиками необычные свойства этого магнита
Шаровые молнии своими руками
Шаровые молнии своими руками Шаровые молнии своими руками
Лабораторные опыты с атмосферным электричеством позволяют узнать много
Графеновая бумага
Графеновая бумага Графеновая бумага
Графен был открыт в 2004 году, однако несмотря на свои уникальные электрические и физические свойства до сих пор практически не использовался, так как не удавалось получать его в достаточных количествах
Sony запатентовала "подушку безопасности" для жестких дисков
Sony запатентовала "подушку безопасности" для жестких дисков Sony запатентовала "подушку безопасности" для жестких дисков
Компания Sony запатентовала "подушку безопасности" для компонентов электронных устройств, сообщает The Inquirer. В частности, технология может быть использована для защиты жестких дисков
Робот научился передвигаться по воде
Робот научился передвигаться по воде Робот научился передвигаться по воде
Говорят, что секрет хождения по воде прост. Надо толкаться быстро-быстро, чтобы не успеть проваливаться. В природе этому фокусу научилась небольшая ящерица, а в технике – небольшой робот
Воздушный экран FogScreen: вход через рекламу
Воздушный экран FogScreen: вход через рекламу Воздушный экран FogScreen: вход через рекламу
Все мы мечтали иногда уметь проходить сквозь стены, и теперь такая «стена» есть. Называется она FogScreen (можно перевести как - туманный экран). Экран состоит из водяных паров. Точнее говоря
Американцы научили зонт предсказывать погоду
Американцы научили зонт предсказывать погоду Американцы научили зонт предсказывать погоду
В рукоятку зонта встроено устройство, получающее по беспроводной связи прогноз погоды на ближайшее время. О предстоящих осадках владелец зонта узнает по цвету светодиодного индикатора
Столкнулись четыре галактики
Столкнулись четыре галактики Столкнулись четыре галактики
Друг с другом столкнулись четыре галактики нешуточных размеров — каждая не меньше нашего Млечного Пути. Их слияние ещё продолжается, но некоторые утверждают
Ученые узнали тайну одного из колец Сатурна
Ученые узнали тайну одного из колец Сатурна Ученые узнали тайну одного из колец Сатурна
Группа специалистов Корнелльского университета (Cornell University), США, под руководством Мэттью Хэдмана (Matthew Hedman) разгадали загадку поведения одного из колец Сатурна, пишет BBC News
Открыта самая большая планета во Вселенной
Открыта самая большая планета во Вселенной Открыта самая большая планета во Вселенной
Астрономы Ловелловской обсерватории (Lowell Observatory), штат Аризона, США
Жизнь на Марсе может дорого стоить
Жизнь на Марсе может дорого стоить Жизнь на Марсе может дорого стоить
Космические аппараты, возвращаемые из космоса
Трансплантация генома привела к мутации
Трансплантация генома привела к мутации Трансплантация генома привела к мутации
Генетики сделали огромный шаг к созданию искусственных организмов с заданными свойствами: они смогли превратить один вид бактерии в другой. Правда
Лазером по вирусам
Лазером по вирусам Лазером по вирусам
Учёным удалось разработать новый метод уничтожения вирусов. Их обстреливают импульсами пурпурного лазера. От этого вирусы начинают взрываться. А обычные клетки не страдают, говорят разработчики. Возможно
Через миндалины можно заразиться ВИЧ, занимаясь оральным сексом
Через миндалины можно заразиться ВИЧ, занимаясь оральным сексом Через миндалины можно заразиться ВИЧ, занимаясь оральным сексом
Четверть века потратили ученые, чтобы выяснить способ оральной передачи ВИЧ-инфекции, вызывающей СПИД. До сих пор многие медики в частном порядке сомневались в показаниях некоторых зараженных людей, утверждавших
Обнаружена причина появления речи
Обнаружена причина появления речи Обнаружена причина появления речи
К полутора годам у детей накапливается достаточный для воспроизводства словарный запас, к таким выводам пришли ученые университета Айовы (University of Iowa), США
Короткие замыкания в небесной канцелярии
Короткие замыкания в небесной канцелярии Короткие замыкания в небесной канцелярии
По официальной статистике грозы занимают второе место среди природных факторов, угрожающих жизни человека. На первом месте — наводнения. А от ударов молнии, оказывается, гибнет больше людей
"Террористы-смертники" в природе
"Террористы-смертники" в природе
Ученые обнаружили тлей-самоубийц, которые сидят, притаившись, в капустных листах, готовые погибнуть, но устроить химическую атаку на своих врагов – божьих коровок
«Звездный ливень»: В эти дни в небе над всей Россией наблюдается фантастическое по красоте зрелище
«Звездный ливень»: В эти дни в небе над всей Россией наблюдается фантастическое по красоте зрелище «Звездный ливень»: В эти дни в небе над всей Россией наблюдается фантастическое по красоте зрелище
С минувшего воскресенья на Россию «льется» традиционный августовский звездопад. В этом году вспышки сгорающих метеоритных частиц видны особенно ярко, так как наступило новолуние
Частота возникновения лесных пожаров в Сибири связана с потеплением климата
Частота возникновения лесных пожаров в Сибири связана с потеплением климата Частота возникновения лесных пожаров в Сибири связана с потеплением климата
Потепление климата на территории Сибири происходит быстрее, чем в среднем по остальному земному шару и приводит к увеличению частоты возникновения лесных пожаров
История джинс
История джинс История джинс
За свою недолгую истоpию пятикаpманные штаны успели захватить умы и сеpдца миллионов людей различного возpаста, пола, pоста и комплекции. Сегодня - это одежда для pаботы и отдыха
Малыши умеют предугадывать чужое поведение
Малыши умеют предугадывать чужое поведение Малыши умеют предугадывать чужое поведение
13-месячные дети уже умеют ставить себя на место другого и таким образом предугадывать его поведение. К такому выводу пришла группа итальянских и французских ученых, которые провели эксперимент с участием 56 малышей

 
  • Главные темы / архив
№082текущий номер Технологии
Биоклиматическое здание
    

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Через миндалины можно заразиться ВИЧ, занимаясь оральным сексомЧерез миндалины можно заразиться ВИЧ, занимаясь оральным сексом
    Четверть века потратили ученые, чтобы выяснить способ оральной передачи ВИЧ-инфекции, вызывающей СПИД. До сих пор многие медики в частном порядке сомневались в показаниях некоторых зараженных людей, утверждавших
  • Обнаружена причина появления речиОбнаружена причина появления речи
    К полутора годам у детей накапливается достаточный для воспроизводства словарный запас, к таким выводам пришли ученые университета Айовы (University of Iowa), США
  • Лазером по вирусамЛазером по вирусам
    Учёным удалось разработать новый метод уничтожения вирусов. Их обстреливают импульсами пурпурного лазера. От этого вирусы начинают взрываться. А обычные клетки не страдают, говорят разработчики. Возможно
  • Трансплантация генома привела к мутацииТрансплантация генома привела к мутации
    Генетики сделали огромный шаг к созданию искусственных организмов с заданными свойствами: они смогли превратить один вид бактерии в другой. Правда
  • Планета Земля
  • История изобретений
  • История джинсИстория джинс
    За свою недолгую истоpию пятикаpманные штаны успели захватить умы и сеpдца миллионов людей различного возpаста, пола, pоста и комплекции. Сегодня - это одежда для pаботы и отдыха
  • Чёрный ящик
  • Малыши умеют предугадывать чужое поведениеМалыши умеют предугадывать чужое поведение
    13-месячные дети уже умеют ставить себя на место другого и таким образом предугадывать его поведение. К такому выводу пришла группа итальянских и французских ученых, которые провели эксперимент с участием 56 малышей
  • Воля случая
  • Технологии
  • Шаровые молнии своими рукамиШаровые молнии своими руками
    Лабораторные опыты с атмосферным электричеством позволяют узнать много
  • Графеновая бумагаГрафеновая бумага
    Графен был открыт в 2004 году, однако несмотря на свои уникальные электрические и физические свойства до сих пор практически не использовался, так как не удавалось получать его в достаточных количествах
  • Лица против паролейЛица против паролей
    Исследователи из университета ХьюстонаUniversity of Houston разработали новую компьютерную программу под названием URxD, которая, используя трехмерные изображения
  • Впервые создан беспорядочный магнитВпервые создан беспорядочный магнит
    Впервые удалось создать ферромагнетик с беспорядочным магнитным полем внутри. Первые же эксперименты подтвердили давно предсказанные теоретиками необычные свойства этого магнита
  • Техника
  • Космос
003