Цивилизация
Феномен шаровой молнии – появление на несколько секунд после удара обычной молнии яркого светящегося шара в воздухе – одна из самых древних и интригующих загадок физики. Споры о ее существовании и природе ведутся веками. Упоминания о ней можно найти еще в древнегреческих источниках, известно, что такая молния убила российского ученого XVIII века Георга Рихмана, некоторые приписывают создание шаровой молнии Николе Тесле, изучением этого феномена занимался и известный советский ученый Петр Капица.
Несмотря на технический прогресс, приблизиться к пониманию природы загадочного явления физики долгое время не могли: слишком уж редко молния появляется, и большинство случаев контакта с нею описано случайными свидетелями. Загнать шаровую молнию в лабораторию или хотя бы снять ее на камеру не удавалось никому. Однако в 2012 году удача улыбнулась китайским ученым под руководством Цзянюнь Ценя из Северо-Западного университета в Ланьчжоу, которым помог случай.
«Летом 2012 года, когда мы проводили эксперимент по получению спектра обычной молнии при помощи бесщелевых спектрографов на плато Цинхай в Китае, вдруг возникла шаровая молния», – пишут исследователи в своей статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
Два спектрографа и черно-белая камера с ускоренной съемкой были установлены на высоте 2530 метров над уровнем моря и направлены на небольшой склон, когда в поле их зрения попала шаровая молния. Оптическая камера вела съемку со скоростью 50 кадров в секунду, а ее разрешение составляло всего 640*480 пикселей, да и возникла молния не рядом, так что о качественной видеозаписи момента речь не идет.
Однако главная удача – то, что свет молнии удалось изучить при помощи спектрографов, которые работали в диапазоне от 400 до 1000 нанометров.
Шаровая молния диаметром около 5 метров появилась на склоне во время грозы в 21.54 по пекинскому времени и просуществовала 1,64 секунды. Ученым впервые удалось зафиксировать весь процесс: они получили видеозапись, звук и 82 снимка.
На снимках отчетливо виден момент, когда появляется спектр обычной молнии, а вместе с ним – спектр возникшей внизу плазменного канала шаровой молнии. Через 20 миллисекунд спектр обычной молнии исчез, а спектр шаровой – остался. Ввиду того что наблюдения проводились в темное время суток, получить изображения молнии на фоне окружающего ландшафта не удалось (место появления молнии позднее указали на снимке, сделанном днем).
Светящийся шар возник на расстоянии 900 метров от наблюдателей и передвигался в поле их зрения со скоростью более 8 метров в секунду.
Спектр обычной молнии, который был снят в начале, оказался ничем не примечательным: вследствие высокой температуры (30 тыс. градусов Цельсия) большинство линий в нем – линии ионов натрия.
Однако спектр шаровой молнии оказался совершенно другим. Анализ показал, что в спектре присутствуют мощные эмиссионные линии кремния, железа и кальция. Ученые обратили внимание на то, что эти линии присутствуют все время жизни шаровой молнии, при этом линия кремния продолжала наблюдаться даже в самый последний момент.
Известно, что все эти элементы – главные составляющие почвы.
«Поэтому есть все причины утверждать, что наша шаровая молния была рождена ударом обычной молнии в землю», — считают ученые.
Еще одной интересной особенностью наблюдения стала замеченная модуляция интенсивности шаровой молнии с частотой 99,4 Гц. Ученые считают, что эти колебания вызваны проходящей рядом линией электропередачи напряжением 35 киловольт, ближайшая мачта которой находится всего в 20 метрах от места появления шара.
Авторы считают, что результаты их наблюдения могут стать экспериментальным доказательством теории новозеландского физика Джона Абрахамсона, который занимался изучением шаровых молний. В 2000 году он предположил, что шаровая молния возникает, когда обычная молния ударяет в поверхность земли и испаряет составляющие ее элементы. Абрахамсон полагал, что, если в земле присутствует углерод, например в составе опавших листьев, он способен отнимать кислород из оксида кремния, замедляя процессы окисления.
«Это наблюдение молнии имеет все предсказанные особенности нашей теории», — прокомментировал Абрахамсон наблюдение китайских ученых.