Шаровая молния: научные гипотезы и свидетельства¶
Шаровая молния — редкое атмосферное явление, описываемое как светящийся шарообразный объект, возникающий во время грозы и существующий от нескольких секунд до минуты. Несмотря на тысячи свидетельских показаний по всему миру, шаровая молния до сих пор не имеет общепринятого научного объяснения и не воспроизводится в лабораторных условиях в полном соответствии с наблюдениями. Её существование как физического явления остаётся дискуссионным: часть учёных считает её реальным, но плохо изученным феноменом, другие полагают, что большая часть наблюдений объясняется оптическими иллюзиями, галлюцинациями или ошибками восприятия.
¶Описание наблюдений
Свидетельства о шаровых молниях существуют с античных времён, однако систематические описания появились в XVIII–XIX веках. Согласно типичным сообщениям, объект имеет форму сферы диаметром от 10 до 50 сантиметров (в отдельных случаях — до метра), светится белым, жёлтым, оранжевым или красным светом, медленно перемещается, часто — против ветра, и исчезает бесшумно либо с лёгким хлопком. Сообщается, что шаровая молния может проникать в помещения через открытые окна и двери, оставлять запах озона или серы, а при исчезновении повреждать предметы на своём пути.
В 2012 году в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences была опубликована работа китайских исследователей, сумевших случайно зафиксировать шаровую молнию во время наблюдения за обычными молниями в Тибете. Спектральный анализ показал наличие в излучении объекта кремния, железа и кальция — предположительно, компонентов почвы, испарившихся при ударе молнии. Эта работа получила широкую огласку, однако ряд учёных указал на возможные альтернативные объяснения спектральных данных.
¶Основные гипотезы
Попытки объяснить шаровую молнию предпринимались с XIX века. Среди гипотез выделяют:
- Плазменная гипотеза. Шаровая молния рассматривается как самоограниченный шар плазмы, удерживаемый собственным магнитным полем. Основная трудность — крайне быстрое остывание плазмы, которое не позволяет объекту существовать столько времени, сколько фиксируют наблюдатели.
- Гипотеза микроволнового излучения. В 2008 году физик-теоретик Брайан Китсон предположил, что шаровая молния — это сфера водяного пара, нагретая микроволновым излучением до состояния плазмы. Источником излучения могла бы служить обычная молния, излучающая в микроволновом диапазоне.
- Гипотеза оксида кремния. Согласно одной из версий, удар молнии по почве испаряет кремнезём, который затем окисляется и образует светящуюся наноструктурную сферу. Горение наночастиц кремния объясняло бы длительность свечения и спектральные линии, обнаруженные в тибетском наблюдении.
- Кварцевая гипотеза. Предполагается, что удар молнии плавит кварцевый песок, образуя полый стеклянный шар, внутри которого продолжается горение.
- Коллоидная гипотеза. В 2016 году группа российских учёных во главе с А. Ф. Кузнецовым предложила модель, согласно которой шаровая молния — это коллоидное облако микрочастиц, подвешенных в электрическом поле. Исследователи указывали, что такая система способна существовать длительное время и объясняет многие наблюдаемые свойства явления.
¶Отношение научного сообщества
Официального статуса подтверждённого явления шаровая молния не имеет: она отсутствует в справочниках Всемирной метеорологической организации. Вместе с тем в 2012 году Международный союз электротехники (МЭК) включил её в стандартный перечень атмосферных электрических явлений, определив как «светящийся объект диаметром от нескольких сантиметров до нескольких дециметров, существующий в течение времени порядка секунд».
Критический анализ свидетельств показывает, что большая часть наблюдений не документирована приборами и основана на показаниях очевидцев, полученных в стрессовой ситуации грозы. Психологи отмечают, что яркий вспышечный свет может вызывать фосфены — световые образы, возникающие без воздействия на сетчатку. Ряд исследователей полагает, что часть наблюдений — результат фиксации на сетчатке последствий вспышки обычной молнии, ошибочно принятого за отдельный объект.
¶Воспроизведение в лаборатории
Полноценная лабораторная модель шаровой молнии отсутствует. В опытах удавалось создавать светящиеся плазменные сферы, однако они существовали миллисекунды и не демонстрировали свойств, описываемых очевидцами. В 2015 году группа из Наньянского технологического университета (Сингапур) воспроизвела в лаборатории объект, внешне напоминающий шаровую молнию, с помощью микроволнового излучения и плазменного шара, однако природа природного явления при этом не была полностью объяснена.
¶Шаровая молния в культуре
Феномен занимает заметное место в массовой культуре — от научной фантастики до народных легенд. В русской традиции шаровую молнию иногда называют «небесным огнём» или «блуждающим огнём» (хотя последний термин чаще относится к болотному свету). В советской и российской науке тема долгое время считалась маргинальной; одним из первых серьёзных исследователей был И. П. Стабников, а в 1970-е годы изучением явления занимался академик А. И. Вейсик.
¶Текущий статус
По состоянию на 2020-е годы шаровая молния остаётся нерешённой проблемой атмосферной физики. Большинство учёных сходятся в том, что единой теории не существует, а имеющиеся гипотезы объясняют лишь часть наблюдаемых свойств. Проблема осложняется невозможностью предсказать появление явления и, соответственно, провести контролируемый эксперимент. Некоторые исследователи высказывают мнение, что под термином «шаровая молния» скрывается несколько различных явлений.
Источники:
- Proceedings of the National Academy of Sciences (2012), статья о спектральном анализе шаровой молнии в Тибете
- Кузнецов А. Ф. и соавторы, публикации по коллоидной модели шаровой молнии
- Kitson B. et al., «The Microwave Hypothesis», 2008
- Стандарт МЭК по атмосферным электрическим явлениям, 2012
- Всемирная метеорологическая организация, справочники атмосферных явлений