Шаровая молния: наука и наблюдения¶

Шаровая молния — редкое атмосферное явление, представляющее собой светящееся сферическое или почти сферическое тело, наблюдаемое во время грозы и сопровождающееся необычным поведением: медленным перемещением, зависанием в воздухе и внезапным исчезновением. Вопрос о том, существует ли шаровая молния в реальной жизни, остаётся одним из дискуссионных в атмосферной физике: явление описано сотнями свидетельств за несколько столетий, но воспроизвести его в лабораторных условиях и получить однозначные измерения до сих пор не удалось.

¶История наблюдений

Упоминания о шаровой молнии встречаются в источниках с XVI века. Среди ранних описаний — сообщения о светящихся шарах, появлявшихся в грозу и исчезавших без следа. В XIX и XX веках число наблюдений возросло: к 1960-м годам в мировой литературе насчитывалось более тысячи описанных случаев, собранных в каталоги и обзоры.

В России изучением явления занимались физики-экспериментаторы, в частности группа И. П. Статникова и Л. И. Митрофанова в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн (ИЗМИРАН) АН СССР, а также исследователи из Новосибирска и Санкт-Петербурга. В 1960-е годы в СССР была создана одна из крупнейших в мире баз свидетельских наблюдений шаровой молнии, обобщённая в работах В. П. Статникова и других авторов.

¶Описание явления

По свидетельствам наблюдателей, шаровая молния имеет следующие характерные признаки:

• Размер — обычно от нескольких сантиметров до одного метра, в редких случаях — до нескольких метров.
• Цвет — чаще белый, жёлтый, оранжевый или красный; отмечены случаи синего и зелёного свечения.
• Длительность — от долей секунды до нескольких минут, в среднем — 10–20 секунд.
• Поведение — медленное перемещение (0,5–2 м/с), иногда сопровождаемое шумом, шипением или треском; возможны остановки и изменение направления движения.
• Исчезновение — чаще всего тихое, иногда с хлопком, вспышкой или запахом озона.

Наблюдения проводились как в поле, так и внутри помещений: известны случаи, когда светящееся тело входило в дом через окно или дверь, перемещалось по комнате и исчезало.

¶Гипотезы происхождения

Научное сообщество не пришло к единому мнению о природе шаровой молнии. Существует несколько групп гипотез.

¶Плазменные модели

Сторонники плазменных гипотез рассматривают шаровую молнию как устойчивое образование из ионизированного газа (плазмы), удерживаемого магнитными полями или собственными токами. Такие модели объясняют свечение, но сталкиваются с трудностями при объяснении длительного существования: плазма в обычных условиях быстро рассеивается.

¶Химические модели

Химические гипотезы предполагают, что шаровая молния — результат горения аэрозолей, например частиц кремнезёма или других соединений, образующихся при ударе молнии о почву или воду. Горение частиц сопровождается свечением и может объяснять длительность явления.

¶Микроволновые и электромагнитные модели

Некоторые исследователи, в частности группа профессора Джона Абрамса (John Abrahamson) и работы российских физиков, предполагают, что шаровая молния — это сгусток микроволнового излучения, удерживаемый в форме шара собственным электромагнитным полем. Эта гипотеза объясняет проникновение шаровой молнии в помещения и её необычное поведение.

¶Квантовая гипотеза

В 2016 году группа китайских и российских учёных (в том числе из МФТИ) опубликовала работу, в которой шаровая молния рассматривалась как результат взаимодействия кремнезёма с электрическим разрядом, приводящего к образованию кремниевых наночастиц, окисляющихся в воздухе. Гипотеза получила широкую огласку, но остаётся спорной.

¶Лабораторные попытки воспроизведения

Многочисленные попытки создать шаровую молнию в лаборатории не дали однозначного результата. В 2006 году группа исследователей из Новосибирска сообщила о создании устойчивого светящегося шара при помощи микроволнового излучения, но это образование существовало доли секунды и не полностью соответствовало природному явлению.

В 2016 году исследователи из МФТИ и Китая заявили о воспроизведении шаровой молнии в лаборатории, однако результаты были поставлены под сомнение рядом экспертов, указавших на методические ошибки.

¶Свидетельства и скептицизм

Отсутствие достоверных измерений и воспроизводимости явления привело к тому, что часть учёных считает шаровую молнию мифом или результатом оптических иллюзий, галлюцинаций или ошибок наблюдения. Однако массовость свидетельств, включая описания от квалифицированных наблюдателей (военных лётчиков, метеорологов, физиков), заставляет большинство исследователей признавать возможность существования явления, даже если его природа остаётся неясной.

В 2012 году Международный союз геодезии и геофизики (IUGG) включил шаровую молнию в список приоритетных проблем атмосферной физики, что свидетельствует о признании научным сообществом актуальности темы.

¶Значение для науки

Изучение шаровой молнии имеет значение не только для атмосферной физики, но и для понимания процессов удержания плазмы, распространения электромагнитных волн и химии аэрозолей. Возможное практическое применение — создание безопасных методов хранения и транспортировки энергии, хотя до сих пор это остаётся областью теоретических рассуждений.

Источники:

• Статников В. П. Шаровая молния. — М.: Наука, 1967.
• Keul A. G. Ball lightning reports and observations. — Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 2013.
• Abrahamson J., Dinniss J. Ball lightning formed by precipitation of silicon nanoparticles. — Nature, 2000.
• Wu Z. et al. Ball lightning may be a vaporised silicon nanowire network. — Proceedings of the Royal Society A, 2016.
• Статников В. П., Митрофанов Л. И. Шаровая молния: свидетельства и гипотезы. — ИЗМИРАН, 1970.