книги из ГПНТБ / Сингер, С. Природа шаровой молнии

в пробах газа из следа, оставленного молнией. Согласно имеющимся данным, это отношение уменьшается с рос- 'том температуры дуговых разрядов в воздухе. Обычно 'оно бывает меньше единицы и при температурах 2000— 4000 К составляет примерно 0,9: 1. Самое низкое отно­ шение, обнаруженное в пробах газов, близко к 0,8 : 1, что указывает на температуру несколько выше 4000 К.

[35]. Но если считать, что светящиеся сферы — это шаро­ образное негорячее пламя, возникающее при низких концентрациях горючих газов в воздухе, то для них можно предположить и гораздо более низкую темпера­ туру—порядка 200—300° С [35, 36, 280, 354]. Столь вы­ сокая температура, как 14 000 К, оцененная для шара, который наблюдатель сравнил с плазменным разрядом, не согласуется с отношением озона и двуокиси азота, измеренным в том же случае. Для других проб газа были обнаружены еще более низкие отношения, вплоть до 2,45 : 1. Кроме того, можно отметить, что очевидец совер­ шенно не упоминает об ощущении тепла, хотя шар, не­ сомненно, прошел очень близко от него — может быть, не далее 2 м.

Мнение Бранда об относительно большей энергии, за­ ключенной в бело-голубой шаровой молнии, противоречит одному из наиболее часто упоминаемых наблюдений, послужившему основой для оценки энергии шаровой мол­ нии. В этом случае, описанном выше, маленький крас­ ный шар упал с неба во время грозы [345] и попал в чан с водой, которая кипела в продолжение нескольких ми­ нут. При обследовании выяснилось, что в чане было око­ ло 13,6 л воды, которая через 20 мин после падения шара была еще настолько горяча, что наблюдатель не мог опустить в нее руку. Энергия этого шара, оцененная

В предположении, что 1,8 л воды испарилось, общая оцен­ ка составила 11000 кВт-с. Эта величина (40% которой определяется предположением о количестве испарившей­ ся воды) точно совпадает с неверной оценкой [512], полу­

1967 г., когда были взяты пробы газа вдоль пути шаровой молнии, дает другую оценку энергии [128]. Концентрация двуокиси азота в различных пробах составляет от 34,7 до 1645 мкг/м3 , ее концентрация при дуговом разряде в воздухе описывается соотношением

[N02 ] = 6,8£,

где концентрация в мкг/м3 прямо пропорциональна плот­ ности энергии разряда Е в Дж/м3 . Наибольшая концен­ трация двуокиси азота, которая, согласно сообщению, была создана этой молнией, соответствует выходу энер­ гии в атмосферу 240 Дж/м3 .

Движению шаровой молнии (хотя оно в разных слу­ чаях оказывалось крайне разнообразным) придавалось большое значение для определения природы этого явле­ ния. Например, различались два типа шаровой молнии — светящиеся шары, которые падают на землю из туч, п шары, которые движутся вблизи поверхности земли и об­ разуются после удара молнии в почву или в какое-либо строение [213]. Две аналогичные группы выявляются и при анализе обзора Рейла [420]. Наблюдавшиеся виды движения включают прямой спуск от облаков иа землю (часто почти вертикальное падение), горизонтальный по­ лет вблизи земли по ветру, а иногда против ветра [94, 125, 203, 259], колебания вверх и вниз, отскоки от земли. В об­ зоре Рейла в 54% случаев наблюдался преимущественно горизонтальный полет, а в 19% замечено вертикальное движение. Еще в 19% случаев наблюдались более слож­ ные траектории. В некоторых случаях шар катился по земле, причем иногда выбирая влажные участки почвы [23, 168, 295, 369, 371, 384, 398, 453, 469, 522].

В одном редчайшем примере соприкосновения шаро­ вой молнии с водой светящаяся сфера упала в море и не­ сколько раз всплывала, по-прежнему испуская свет в промежутках между повторными погружениями [230, 566]. Многократно наблюдалось прохождение шаровой молнии через узкие ходы и через маленькие отверстия. В обзоре Браида упомянуто 15 случаев, когда шаровая молния по­ дпадала в здание через дымоход. Об этом сообщали оче­ видцы, находившиеся в помещении и видевшие, как из камина или печи появляется яркая масса, а также сви­ детели, находившиеся снаружи. В одном случае шаровая молния влетела в холодный дымоход и была сфотографи­ рована (рис. 14) [380, 402]; правда, этот снимок подвергся суровой критике. Сообщалось и о прохождении шаровой молнии через куда меньшие отверстия, например через замочную скважину [453, 471]. В обзоре Рейла имеется не­ сколько сообщений такого типа. Очевидцы часто сообщали о вращении шара; у Браида имеется 15 таких сообщении, у Мак-Налли— 46, у Рейла — 35. В нескольких сообще­ ниях описываются светящиеся сферы, которые некоторое время оставались неподвижными [258]. Восемь таких слу­ чаев перечислено в обзоре Мак-Налли и 10 у Рейла.

В сообщениях очевидцев приводится много оценок скорости перемещения шаровой молнии путем сравнения, например, со скоростью движения медленно идущего че­ ловека. В отдельных ' случаях оценивались расстояния, пройденные за определенное время. Наименьшая из со­ общенных скоростей составляет примерно 1—2 м/с, и в то же время приводились значения, заключенные между 30 и 240 м/сек [230, 279, 452]. В общем более значительные скорости наблюдались, когда оценивалось угловое пере­ мещение молнии, а потому эти оценки, как и оценки раз­ меров молнии, сильно зависят от точности определения расстояния до молнии. В обзоре Рейла для группы из 12 случаев указаны скорости больше 30 м/с. Из изложен­ ного следует, что скорость шаровой молнии очень мала по сравнению с обычной молнией. Следующее сообще­ ние о шаровой молнии подчеркивает эту отличительную черту.

"~ Двое путников в 1886 г. были застигнуты в гористом районе Германии грозой, охватившей большую область.

Из тучи появился светящийся шар и за 5—7 с опустился до высоты примерно 1 м от земли. На этой высоте шар полетел по ветру прямо иа путников и приблизился к од-, ному из них вплотную, так что он невольно отпрыгнул в сторону. В тот момент, когда шар появился из тучи, он казался величиной с голову ребенка, но на близком рас-, стоянии его диаметр был определен в 0,5 м. Шар был ярко-красным с голубоватой оболочкой толщиной в ла­ донь и интенсивно светился, так что все окружающие^ предметы были словно освещены электрическим светом. Шар исчез за домом, откуда вскоре раздался громкий взрыв [424]. Имеется сообщение об очень быстром пере­ мещении светящейся массы, что создало впечатление вспышки, напоминающей обычную молнию [78].

Отнюдь не необычно движение светящихся шаров вдоль проводов линий высокого напряжения пли сходных проводников. Помимо наблюдений, приведенных выше, в обзоре Мак-Наллн отмечено 103 случая этого типа дви­ жения, у Рейла — 12. С другой стороны, наблюдения плы­ вущих по воздуху сфер многократно подтверждали, что проводники никак не влияют на их путь. В имеющейся литературе неоднократно подчеркивалось, что молниеот­ воды не обеспечивают защиты от шаровых молний [18, 495]. Выше был описай случай, указывающий на отсут­ ствие защиты (см. стр. 54): стена префектуры в 30 м от начала пути шаровой молнии была повреждена, хотя на здании имелся молниеотвод, который, как показал после­ дующий осмотр, был вполне исправен [438].

На первых этапах поисков защиты от огненных ша­ ров было выдвинуто предположение, что эффективной может оказаться густая сетка из толстой медной прово­ локи [495]. Использование металлических решеток в це­ лях защиты от шаровой молнии было недавно подробно описано в советской литературе [488]. Этот метод пре­ дусматривает закрытие во время грозы всех окон и вен­ тиляционных отверстий, хотя имеются сообщения о про­ никновении шаровой молнии сквозь стекло. Над всеми вентиляционными и иными отверстиями, которые невоз­ можно закрыть, должны помещаться заземленные метал­ лические решетки из проволоки толщиной 2—2,5 мм~ с ячейками не более 4 см2 .

шаровой молнии [139]. Основой этой системы защиты являются добавочные проводники для скругления резких изгибов проводов высокого напряжения. Сам деионнзатор /состоит из двух стальных дисков диаметром 60 см, рас- [ положенных параллельно друг другу на расстоянии 25 см. Это приспособление, в частности, предназначалось для

. защиты от той формы шаровой молнии, которая движется вдоль проводов высокого напряжения. Такие светящиеся массы нередко определялись как шаровые молнии, но в последнее время их чаще считают особой формой корон­ ных разрядов, вызываемых увеличением напряженности электрического поля атмосферы вокруг линии передачи при взаимодействии его с нормальным полем, создавае­ мым электрическим током. Таким образом, подобные разряды правильнее было бы рассматривать как огни св. Эльма. Никаких наблюдений о взаимодействии шаро­ вой молнии с описанными выше защитными приспособ­ лениями не имеется.

Появление шаровой молнии связывалось у свидете­ лей с отчетливо ощутимыми запахами. Чаще всего запахи

с запахом двуокиси азота [320, 583]. Один свидетель при­ шел к выводу, что запах от шаровой молнии совпадал с запахом специально приготовленной смеси воздуха с двуокисью азота при высокой концентрации последней [320]. Кроме того, сообщалось о запахе гари [304, 555]. Примерно в четверти сообщений обзора Рейла упомина­ ется какой-либо запах. Обычные молнии тоже вызывают эти запахи, как и другие электрические разряды в воз­ духе. Таким образом, в отдельных случаях возникно­ вение запаха может объясняться обычной молнией, с ко­ торой часто бывает связано появление шаровой молнии [36]. Однако запахи замечались и при наблюдении ша­ ровой молнии, которая уже отошла на некоторое расстоя­ ние от места своег© возникновения или же вообще не была связана с разрядом обычной молнии. Обзор Рейла

шей запахом, которая никак не была связана с обычной молнией. Анализ проб воздуха, взятых поблизости от пути шаровой молнии, как это было подробно описано выше, показал присутствие двуокиси азота и озона [128].

Шаровая молния производит различные звуки [30, 104, 190, 216, 247, 325, 420, 425, 498, 545, 546, 571, 576]. Об этом свойстве шаровой молнии упоминается в 25 сообщениях из обзора Рейла, но никаких более подробных сведешпп о характере этих звуков в них не содержится. Чаще всего сообщается о шипении или потрескивании [216, 415, 423]; звук также сравнивается с шумом флага, бьющегося на ветру [423]. Все это указывает на большое сходство со звуками, возникающими при электрическом разряде [65]. В некоторых случаях сообщается об абсолютно беззвуч­ ной шаровой молнии. Барри сделал из своего обзора вы­ вод, что в сообщениях непосредственных очевидцев ши­ пящий звук упоминается редко; в то же время подобный звук явно связан с огнями св. Эльма [36]. Однако изве­ стны наблюдения, когда речь, несомненно, идет не об огнях св. Эльма, и тем ие менее внимание наблюдателя было привлечено к огненной массе именно производимым ею звуком [325]. В частности, сообщение о свободном проник­

В нескольких случаях было отмечено испускание ша­ ровой молнией искр пли длинных огненных выбросов, что нередко приводило к сравнению светящейся массы с фей­ ерверком [34, 327]. Эта особенность запечатлена на неко­ торых рисунках, а также на фотографиях, которые вполне соответствуют описанию этого типа шаровой молнии оче­ видцами (см. рис. 12, 16 и 18).

Исчезновение шаровой молнии часто происходит бес­ шумно, но во многих случаях сопровождается оглуши­ тельным взрывом. В опубликованной в 1867 г. работе, посвященной грому и молнии, указывалось, что 19 из 20 случаев шаровой молнии сопровождались разруше­ ниями [157]. Согласно обзору Барри, большая часть ша­ ров взрывалась —80% красных и 90% желтых [36]. Среди случаев, собранных Брэндом, содержатся 62 на­ блюдения о взорвавшихся шарах, а Рейл сообщает о 24.

При многих взрывах единственным эффектом был гром­ кий звук, иногда сравниваемый с залпом из многих пу­ шек. В других случаях шар разлетался на части, что приводило к повреждениям и разрушениям. Для оценки энергии, высвобождаемой шаровой молнией, было ис­ пользовано сообщение в советской прессе о взрыве, ко­ торый, по-видимому, причинил наибольшие повреждения і[32]. Масса примерно 30 см диаметром проникла в дом через крышу и потолок и вылетела наружу через окно. Она удалилась от дома на 50 м и, коснувшись земли, взорвалась с такой силой, что дом рухнул. Плотность вы­ свобожденной при взрыве энергии, равная 68 ккал/см3 , была рассчитана исходя из того, что для разрушения глиняной стены подобного типа требуется взрывная вол­ на с импульсом 190 кгс-с на 1 м2 . Это количество энергии

в7 раз превышает то, которое высвобождается при взры­ ве равного объема тринитротолуола. Общее количество энергии, высвобожденной шаром при взрыве, составляло 9,62-105 ккал, т. е. было примерно в 375 раз больше, чем

втом случае, когда шаровая молния нагрела до кипения воду в чане [184].

Столь большая энергия, высвободившаяся при взры­ ве шаровой молнии в данном случае, указывает на важ­ ность проблемы защиты самолетов. Хотя число наблю­ дений шаровой молнии внутри или вблизи самолетов в полете очень невелико [34, 183, 257, 397], совершенно очевидно, что в подобных случаях взрывы и различные повреждения гораздо более вероятны. Шаровая молния, проникшая в английскую летающую лодку на высоте

шет, а затем перелетела в хвостовой отсек, где взорва­

отклонение его от курса в результате столкновения с самолетом или взрыва [34, 257], хотя при осмотре на зем­ ле никаких повреждений у самолета обнаружено не было, исключая небольшое оплавление конца лопасти

...пропеллера в одном из этих случаев. В качестве защиты предлагалось уменьшение энергии шаровой молнии с помощью распыляемой под давлением струи жидкости,

108 Глава 7

хотя это связано с некоторым риском, если шар окажет­ ся слишком большим или будет находиться чересчур близко [309]. Аналогичный метод защиты самолетов, в котором предлагалось использование водных раство­

вения не оставляла никаких следов. Повреждения, о ко­ торых упоминается в ряде сообщений, могут быть послед-' ствиями обычных разрядов молнии, которые часто бы­ вают связаны с шаровой молнией. В обзоре Рейла приводится 40 случаев, когда шаровая молния оказыва­ ла какие-то воздействия на металлические объекты, зда­ ния, поверхность почвы и т. д. Описание этих эффектов в отчетах варьирует от сильно пахнущих газов и пыли, поднятой шаровой молнией [320], а также выжженных пятен на предметах, которых коснулся шар [131], и от­ верстий, пробитых в стенах [447], до обрушения здания, вызванного взрывом огненного шара [32].

В подавляющем большинстве случаев внешний вид шаровой молнии за время ее жизни не меняется, однако иногда отмечались несомненные изменения размеров, формы или цвета. В обзоре Рейла в 82 случаях никаких

к наблюдателю. Изменения размеров могут быть как в сторону уменьшения, так и увеличения. Бранд описывает 3 случая уменьшения шаров и 5 — увеличения, тогда как у Рейла уменьшение отмечено для 9 шаров, а уве­

12 случаях и увеличивалась в двух. Кроме того, Бранд [65] и Матиас [311] специально обращали внимание на из­ менения цвета. Была сделана попытка связать изменение

в белый перед взрывом молнии [49]. Согласно Барри, на изменение цвета указывается менее чем в 1% всех наб­ людений, и во всех этих случаях шары становились ярко или ослепительно белыми, хотя вначале были красными, •фиолетовыми или желтыми [36]. После изменения цвета

.діар с шумом исчезал. Однако изменение цвета перед ^взрывом наблюдалось далеко не всегда. В случаях, опи­ сываемых Брэндом, столь же часто происходит и пере­

жутки времени между полуднем и полуночью. Наиболь­ шая частота появления шаров приходится на время при­ мерно через 2 ч после пика грозы, но в остальные часы распределение шаровых молний по времени суток при­ мерно совпадало с распределением самих гроз [65]. Наи­ большее количество появлений огненных шаров попада­

близко к годовому распределению гроз. Данные сводки Рейла, материал которой в основном ограничивается наблюдениями в центральной части США, также пока­ зывают, что летом имели место 83% всех появлений ша­ ровых молний. Таким образом, частота появления шаро­ вой молнии, несомненно, находится в прямой связи с частотой гроз, хотя тут могут играть роль дополнитель­ ные факторы, например время суток и года, наиболее благоприятное для наблюдения редких явлений природы в условиях современной жизни.

Число появлений шаровой молнии, непосредственно не связанных с грозой, чрезвычайно мало. По оценке Барри, 90% появлений наблюдались во время грозы. В 3 случаях, описанных достаточно полно, можно пред­ положить, что шаровая молния была каким-то запозда­ лым результатом грозовой активности, хотя она появля­ лась, когда ярко сияло солнце и небо было ясным или

п о Глава 7

же в нем было лишь несколько облаков [140, 229, 244].

согласно сообщению, огненный шар размером с апельсин упал из ясного неба на линию высокого напряжения, а затем влетел в здание подстанции через окно [82]. Среди сообщений, собранных Мак-Наллп, в 3 говорится об об­ разовании шаровой молнии в ясную погоду, а Рейл сообч щает о 5 появлениях молнии вне гроз. В 79 случаях, из описываемых Брэндом, имела место сильная или бурная гроза, тогда как в случаях, описанных Рейлом, шаровая молния появлялась примерно одинаково часто во время гроз и со средней и с исключительной силой. Нередко сообщается о появлении шаровой молнии пли похожих на нее сферических тел из воронок торнадо, ураганов и водяных смерчей [90, 143, 197, 376, 442, 513, 550, 554, 594]. Огненные шары были отмечены в 3 из 11 смерчей,

указывает на какую-то пока не объясненную взаимоза­ висимость между этими явлениями.

Большинство появлении шаровых молний, по-види­ мому, связано с разрядами обычных молний, происходя­ щими как до, так и после ее появления. Согласно обзору Мак-Налли, 378 огненных шаров появились вслед за таким разрядом, а у Репла сообщается о 69 появлениях шаровой молнии вслед за обычной. Значительное, но го­ раздо меньшее число шаровых молний (65 у Мак-Налли и 26 у Рейла) не было связано с другими молниями. Ча­ стота появления шаровой молнии по сравнению с обыч­ ной, если учитывать только те обычньіе молнии, которые ударяют в какие-нибудь предметы, была оценена Брэн­ дом примерно в 3%. Этэ частота, вычисленная по ме­ теорологическим сводкам северной Германии с 1884 по 1899 г., согласуется с данными, приводимыми Нориидером [361] для Швеции с 1928 по 1938 г. С другой стороны,