Шаровая молния: от наблюдений к спектрам

Что произошло

На Тибетском плато 23 июля 2012 года исследовательская команда зафиксировала редкое атмосферное явление — свечение, которое сохранялось 1,64 секунды. Приборы зарегистрировали спектр излучения, в котором обнаружились железо, кремний и кальций. Событие произошло во время грозы, когда два бесщелевых спектрометра ловили свет любого источника в небе.

Это был один из немногих случаев, когда явление, известное как шаровая молния, удалось запечатлеть не субъективно — через рассказы очевидцев — а объективно: приборами. До этого дня свечения в форме шара размером с куриное яйцо видели сотни людей, но в каждом случае речь шла о воспоминании, иногда туманном, иногда невероятно ярком. Теперь было что показать.

Важно понять масштаб неведения: люди наблюдали шаровую молнию веками, но в научный оборот попадала только субъективная информация. Сейчас ситуация не столько улучшилась, сколько обогатилась: науке известно больше о том, что свидетели видели, но основной вопрос остаётся открытым.

Что известно точно

Автор классических наблюдений шаровой молнии — французский астроном и физик Франсуа Араго (1786–1853). Он собрал 30 документированных случаев явления и предоставил Французской академии наук результаты. Это был первый серьёзный каталог, скомпилированный не из слухов, а из показаний очевидцев с опрошенных Араго лично.

На тот момент, в начале XIX века, об атмосферном электричестве известно было мало. Одного из исследователей этого поля — физика Российской академии наук Георга Вильгельма Рихмана (1711–1753) — поразила шаровая молния. Удар произошёл 26 июля (6 августа) 1753 года при исследовании атмосферного электричества.

Это была первая документированная смерть от шаровой молнии при попытке её изучать.

Советский физик Пётр Леонидович Капица (1894–1984) опубликовал в 1955 году статью под названием «О природе шаровой молнии» в журнале «Доклады Академии наук СССР, том 101». Это было уже XX столетие, но объяснение по-прежнему оставалось гипотетическим.

Регистрация 2012 года на Тибетском плато позволила зафиксировать спектр: в светящемся газе обнаружились железо, кремний и кальций. Длительность свечения составила 1,64 секунды — короче, чем в большинстве рассказов очевидцев.

Откуда появилась загадка

Когда в XIX веке физики начали собирать рассказы о шаровой молнии, они сразу наткнулись на одно противоречие: все описания говорили об одном, а законы физики намекали на другое. Если шаровая молния — это грозовой разряд, то почему она движется медленно, а не со скоростью света? Почему светит, а не взрывается?

И главное: почему исчезает не мгновенно, а потухая, как живое существо?

Люди в XVIII веке, когда шаровую молнию видели часто и обсуждали открыто, думали, что это — либо оптический обман, либо атмосферная жизнь. К XIX веку, когда электричество перестало быть тайной, научное сообщество начало подозревать, что дело в электрическом разряде особого типа. Но какого?

Спустя столетие, когда радиотехника и спектроскопия позволили вести точные измерения, вопрос не стал проще, а усложнился. На Тибетском плато в 2012 году приборы поймали какой-то источник света, но объяснить его природу оказалось нелегко. Почему в спектре обнаружились именно железо, кремний и кальций? Откуда они взялись?

И была ли это действительно шаровая молния, или явление совсем другое, которое люди традиционно путают с молнией?

Что говорят исследователи

Одна из основных гипотез в конце XX века связывала шаровую молнию с плазмой. Физики из Университета Инсбрука — Йозеф Пиир и Александр Кендл — предложили в 2010 году альтернативный взгляд.

Они опубликовали в журнале Physics Letters A теорию, согласно которой явление, видимое как шаровая молния, может быть фосфеном — зрительным ощущением, возникающим без прямого воздействия света на глаз.

Механизм был прост: удар обычной молнии создаёт в воздухе проводящий канал, который излучает радиацию, та воздействует на сетчатку глаза наблюдателя на расстоянии до 100 метров от места удара молнии, и мозг интерпретирует это как светящийся шар, медленно движущийся в небе.

Но эта гипотеза не объясняет регистрацию 2012 года на Тибетском плато, когда приборы ловили реальный свет, а не зрительные галлюцинации. Значит ли это, что фосфены — неправильное объяснение? Или в тот день произошло что-то совсем другое, и спектрометры зафиксировали иное явление, которое люди ошибочно принимают за шаровую молнию?

Капица в своей работе середины XX века ориентировался на идею магнитного конфайнмента — когда электромагнитное поле удерживает плазму в сферической форме. Это объясняло бы и округлость, и стабильность, и медленное движение. Но как плазма удерживается сама собой, после того как молния уходит? Каков механизм самоподдержания?

На эти вопросы физики не дают однозначный ответ даже спустя семь десятилетий.

Что остаётся неизвестным

Неизвестно, видели ли когда-нибудь одно и то же явление люди, которые описывали шаровую молнию в разных странах и эпохах. Возможно, под общим названием скрывается несколько разных процессов: один — фосфены и радиационное воздействие, другой — реальная плазма, третий — вообще оптическая иллюзия, связанная с возбуждением зрительного нерва при близком разряде.

Неясно также, почему регистрация 2012 года обнаружила именно железо, кремний и кальций. Эти элементы — не редкость в земной коре, но почему они испускали свет именно в тот момент? Были ли они частью плазмы, или спектрометр поймал излучение от каких-то других источников в атмосфере? Документация той экспедиции не даёт полного ответа.

Остаётся неизвестным и точное распределение случаев шаровой молнии в пространстве и времени. Есть ли география явления — это значит, где оно чаще, где реже? Связано ли оно с составом почвы, влажностью воздуха, магнитными аномалиями?

Данных для статистического анализа просто недостаточно, потому что большинство наблюдений — это субъективные рассказы, а не инструментальная регистрация.

Последний и самый важный пробел: науке до сих пор неизвестно, каким образом шаровая молния (если она действительно существует как единственное физическое явление) может светить часами, как о том говорят в легендах. Энергия обычной молнии, концентрированная в малом объёме, должна рассеяться в доли секунды. Откуда длительное свечение — это остаётся без ответа.

—

Загадки атмосферного электричества не теряют своей остроты, несмотря на развитие науки. Шаровая молния — одна из тех тайн, которая заставляет вернуться к старым наблюдениям и посмотреть на них новыми инструментами. Больше разборов необъяснённых явлений, исторических загадок и фактов о нашей планете — в канале «Тайна за фактом» на Дзене.