Тайна шаровой молнии

 

«Летучий неба огонь …»

 

Именно так назвал шаровую молнию в своём знаменитом трактате «О природе вещей» не менее знаменитый античный философ Тит Лукреций. Чаще всего наблюдать её можно во время грозы. Своё на­звание – «шаровая молния» - это сферическое светящееся перемещаю­щееся в воздушной атмо­сфере физическое явление получило не сразу. Французский астроном и физик Франсуа Араго в своей книге «Гром и молния», опублико­ванной во Франции в 1833 г., называл её «огненным шаром из грозовых туч, сильно пропитанным веществом обычной молнии».

Таким образом, и у Тита Лукреция, и у Франсуа Араго в определении этого загадоч­ного атмо­сферного явления содержится указание и на его «небесное» происхождение, и на связь с обыч­ными молниями, что, в конце концов, и нашло отражение в окончательном ва­рианте его наименова­ния.

Более тысячи лет наука отвергала существование шаровых молний как природного физиче­ского явления, считая их дьявольским наваждением и проявлением нечистой силы. Даже в издан­ном в конце XIX в. немецком учебнике «Физика» категорически отрицалось их матери­альное су­ществование, так как «шаровые молнии представляют собой явление, не отвечающее законам при­роды».

В изданной в Санкт - Петербурге в 1897 г. книге «Атмосфера», её автор астроном и физик Камилл Фламмарион писал: «Теперь мы вступаем в мир, полный чудес, волшебнее сказок «Ты­сячи и одной ночи», глубже пе­щеры Цербера, запутаннее критского лабиринта, в мир необо­зримый и фантастический. Никакие сценические представления, драма или коме­дия, никакие фокуснические штуки не могут соперни­чать с непостижимой игрой ша­ровой молнии… Объяс­нений от неё не требуйте, это существо таинственное, не вверяю­щее ни­кому своей тайны, она действует и только».

О шаровых молниях учёными опубликованы в различных странах ты­сячи научных статей, ей посвящены отдельные главы многих научно-технических книг и не­сколько мо­но­графий. Од­нако, на большинство вопросов, касающихся физической природы и хим­со­става вещества ша­ровой молнии, её происхождения и жизни пока ещё не найдено обще­признан­ных ответов, а её свойствам и характеру проявления не дано объяснения.

Гипотез о природе шаровой молнии высказано за это время очень много, но серьёз­ного научного обоснования ни одной из них дано не было. А появление всё новых и но­вых гипо­тез является верным признаком отсутствия в них плодотворной идеи.

 

«Любознательные» молнии

 

Про шаровые молнии нам известно и много, и мало. Из анализа сведений, получен­ных в результате опросов очевидцев этого загадочного природ­ного явления, следует.

Шаровые молнии появляются весной и летом, осенью и зимой, в любое время суток, при грозе и без неё, во время дождя и в ясную погоду, даже при снегопаде. Чаще всего они возни­кают сразу же после разряда линейных молний. Шаровые молнии всегда возникают неожи­данно: то их замечают во время падения из грозовых туч, то они «выскакивают» из земли или из озера в том месте, куда только что ударила обычная молния. Они «рожда­ются» и на верхуш­ках деревьев, и на дере­вянных крестах колоколен и церквей, и на дере­вянных столбах и опорах линий электропередач.

Шаровые молнии испускают свет различного цвета. Они бывают и ослепительно бе­лыми, как горящая пятисотваттная электрическая лампочка, и совсем тёмными внутри, лишь с тонкой световой поверхностной окантовкой, их «внутренность» может быть за­пол­нена и светящимися «звёздочками» и красными светящимися «нитями». Могут выбра­сы­вать во все стороны искры и иметь вид горящего сферического пламени. От одних ша­ровых молний пышет жа­ром, как от только что протопленной печки, от других лишь веет тёплым ветерком. Они могут быть без­звучны, но могут и шипеть, трещать и даже сви­стеть, иметь различную форму: шара, дыни, груши и даже форму медузы. Шаровые мол­нии могут «па­рить» в воздухе, перемещаться в нём в любых направлениях, по ветру и против него, опус­каться с облаков к земле и подниматься к облакам.

Они способны перемещаться с различной скоростью: быстро, медленно, скачками, «от­талкиваясь» от поверхности, «умеют» даже следовать изменениям рельефа местности и обхо­дить различные препятствия. Порою, как бы «устав», шаровые молнии на некоторое время ос­танавливаются, и даже «садятся» на различные предметы. «Любимое занятие» шаровых мол­ний – посещение отапливаемых жилых помещений. Они проникают туда че­рез открытые двери, окна, форточки, а если они закрыты, то через замочные скважины, трещины в оконных стёклах или через отверстия в стенах, сквозь которые пропускают в дома провода электрического ос­вещения. В крайних случаях они самостоятельно проде­лывают маленькие круглые отверстия со слегка оплавленными краями в оконных стёклах и мгновенно «пролезают» в них, восстанавли­вая после этого свою форму и объём. До­вольно часто шаровые мол­нии проникают в дома, ота­пливаемые дровами или углём, через печные трубы и дымоходы, появ­ляясь в комнатах и кух­нях из каминов и печей, даже когда они топятся. Всеми перечисленными путями шаровые мол­нии могут и поки­дать жилые помещения для «выхода» на улицу.

 

Разумные создания?

 

В описаниях очевидцами «визитов» шаровых молний удивляют их неожиданные действия и своеобразный характер перемещения в жилых помещениях, создающие впе­чатление осмыс­ленно­сти их поведения: они словно присматриваются, делая один или два обхода вдоль стен помещения, и прикидывают, чем бы ещё удивить или напугать находя­щихся в нём людей. В одних случаях ша­ровые молнии аккуратно, не повредив, отклеи­вают от стены лист бумаги, за­крывающий какое-либо отверстие, через которое проникают далее, в других случаях – вытас­кивают из перегородок не­сколько забитых в них гвоздей. Любят шаровые молнии «загляды­вать» в кастрюли и горшки со щами и кашей, могут даже «сполоснуться» или «попить» во­дички в ведре или бочонке, а иногда и полностью «осу­шить» графин с водой. Не гнушаются они и «похищениями» ювелирных изделий из зо­лота, даже обручальных колец и браслетов прямо с руки, а так же металлических мо­нет, в том числе из кошельков и карманов одежды, не нанося существенных повреждений коже и тканям.

Удивительно и «поведение» шаровых молний в отношении людей: одних они совсем не замечают, других – «любят», касаясь их нежно и осторожно, а третьим наносят такие сильные и глубокие ожоги, что вылечить их можно только посредством пересадки кожи.

Шаровые молнии могут: переломить пополам деревянный телеграфный столб или дерево та­кого же диаметра, зажечь деревянное здание или сарай; изогнуть железную трубу водопро­вода и проделать отверстие в металлической заводской трубе; без остатка и следов испарить не­большие металлические предметы, обрезать «голые» электрические провода или испарить не­кото­рую часть провода, не сжигая его изоляционного покрытия; срезать стеклянный баллон висящей элек­трической лампочки, не повредив всего осталь­ного и не оставив осколков стекла на полу; разру­шить часть асфальтового покрытия до­роги, оплавить пропеллер летящего само­лета. Шаровые молнии могут тихо «раство­риться» в воздухе, быстро «исчезнуть» с небольшим треском, коснувшись металлических проводов или шины электрического заземления, а могут и мгновенно взорваться с грохо­том, напоминающим выстрел из ружья или даже пушки.

Дальнейшее описание их «подвигов» может занять не одну журнальную страницу.

 

Молния состоит из … водорода

 

При разработке своей концепции физической природы шаровой молнии было ре­шено об­ратить первостепенное внимание на её уникальные свойства, которые предложен­ными ранее гипотезами или игнорировались, как несущественные, или ставились под со­мнение, так как не могли быть объяснены.

Шаровая молния обладает высокой величиной удельной плотности энергии (до 1,6·10⁶ Дж/г). Энергия одного грамма её вещества эквивалента четыреста граммам тро­тила. При таких энергетических параметрах вещества шаровой молнии имеется возмож­ность нагрева металлов до температуры 3600ºК.

Сверхвысокая проникающая способность её вещества - при отсутствии вихревого движе­ния в нём - позволяет шаровой молнии про­никать в жилые помещения даже через трещины в оконных стёклах, узкие щели и замочные скважины в дверях с последующим восстановлением своей формы и размера.

Именно эти свойства шаровых молний и являлись камнем преткновения, не позво­лившем до сих пор раскрыть тайну этого природного атмосферного феномена.

На основе анализа свойств шаровой молнии предлагается следующая концепция её физи­ческой природы.

Шаровая молния существует за счёт своей внутренней энергии, запасённой её вещест­вом в процессе формирования.

Вещество, из которого состоит шаровая молния, обладает такой высокой величиной удельной плотности энергии, какую в принципе не может иметь ни один химический эле­мент, ни одно химическое соединение, кроме атомарного водорода в ионизированном и высо­ковоз­буждённом состояниях. При этом исключается из рассмотрения энергия атом­ных ядер. Ядра атомов водорода в объёме шаровой молнии имеют сверхнизкую темпера­туру (~10º К) и доста­точно равномерно распределены в нём, находясь как бы в среде элек­тронного «газа» из своих же делокализованных  электронов, подобно положительным ио­нам кристаллической структуры металлов, что свойственно так называемому «металличе­скому» водороду. Фактическая делока­лизация электронов ато­марного водорода в объёме шаровой молнии в высоковозбуждённом состоянии (при квантовом числе «n»>4)и удель­ной плотности водорода 1,3 г/литр обусловлена тем, что в этом случае радиус орбиты электронов атомов больше расстояния между яд­рами со­седних атомов.

Шаровая молния имеет незначительный по величине положительный электрический заряд из-за потери небольшой части электронов с поверхностного (наружного) слоя её веще­ства в ре­зультате термоэлектронной эмиссии и физико-химического взаимодействия этого слоя с окру­жающей средой. Этим взаимодействием (в сочетании с запасённой энер­гией) обусловлены и форма шаровой молнии, и само её существование.

После окончания формирования шаровой молнии собственное её излучение, обу­словлен­ное рекомбинацией, обеспечивает поддержание атомарного водорода в ионизиро­ванном и воз­буждённом состояниях  посредст­вом процесса «накачки» энергии валентным электронам ана­логично тому, как это происходит в газовых квантовых генераторах-лазе­рах.

С течением времени атомарный водород, находящийся в объёме шаровой молнии, по мере попадания туда твёрдых частичек пыли ассоциируется на них в молекулы водорода, сгорающие при контакте с кислородом воздуха. Все три реакции: рекомбинация, ассоциа­ция атомов в мо­лекулы и их окисление идут с выделением энергии, в сумме равной 1,6·10⁶ Дж/г.

 

Почему именно так

 

Известно, что факты – воздух учёного. Достоверность любой научной концепции тем выше, чем больше наблюдаемых фактов в физической природе и свойств какого-либо яв­ления она объяс­няет. Так что своё обоснование начнём с главных свойств «летучего неба огня».

Поскольку шаровые молнии «плавают» в земной атмосфере и наблюдаются до вы­соты около 1,5 км от поверхности, их удельный вес должен соответствовать удельному весу воздуха в этом диапазоне вы­сот, т.е. от 1,2 до 1,3 г/литр. При этом давление внутри шаровой молнии, при неизменной высоте перемещения над поверхностью земли, соответ­ствует давлению окру­жающей её атмосферы.

Из указанного равенства давлений и из отношения величины молекулярного веса воздуха к атомному весу водорода (равного 29) следует, что температура вещества шаро­вой молнии в 29 раз ниже, чем температура окружающего её воздуха (т.е. летом около 10º К), а количество атомов в единице её объёма в 29 раз больше, чем элементарных частиц вещества в воздухе та­кого же объёма. Исходя из числа Авогадро (6,025·10²³) и давления атомарного водорода внутри шаровой молнии, равного ат­мосферному давлению, следует, что расстояние между ядрами атомов водорода в ней составляет ~ 10^-7 см. Поскольку ра­диус основной стабильной орбиты их электронов (главное квантовое число «n» которой соответствует 1) равен 5,3·10^-9 см, а радиусы последующих «разрешённых» ор­бит элек­тронов возбуждённых атомов соответствуют отноше­нию ряда натуральных чисел в квад­рате (1²:2²:3²: … n²), то уже при главном квантовом числе «n» > 4 орбита электрона каж­дого атома будет захватывать ядра и соседних атомов, а, следова­тельно, электроны всех атомов водорода внутри объёма шаровой молнии являются, как уже от­мечалось, делока­лизованными, т.е. обобщест­влёнными, подобно валентным электронам атомов металлов, обеспечивающих их кристалличе­скую структуру, прочность и электрическую прово­ди­мость.

Такие электроны способны перемещаться по всему объёму вещества, свойство, при­сущее всем метал­лам. Водород в таком состоянии называют «металлическим» водородом. Следова­тельно, именно такой водород является веществом шаровой молнии, только он может иметь вели­чину удельной энергии 1,6·10⁶  Дж/г вещества (с учётом энергии иониза­ции или возбужде­ния при «n» > 4) в результате трёх реакций: H⁺ + e = H +1,25·10⁶ Дж; ½H + ½H = ½H₂ + 2,1·10⁵ Дж; ½H₂ + ¼O₂ = ½H₂O + 1,4·10⁵ Дж.

Только водород и инертный гелий, имеющие самые наименьшие размеры атомов и их ядер (по сравне­нию со всеми остальными химическими элементами и их соедине­ниями) обла­дают свойством сверхтекучести и способны мгновенно проникать через самые маленькие от­верстия, щели и тре­щины в материалах, в связи с чем и используются в каче­стве «пробных» газов в приборах - течеи­скателях.

Практическое отсутствие кинетической энергии у ядер атомов водорода в шаровой мол­нии (их температура ~10º К), позволяет ей восстанавливать свою форму (т.е. сохра­няться) после проникновения через маленькие отверстия, щели и трещины, что полностью исключено при наличие каких-либо коллективных направленных движениях (вращениях) всей массы вещества шаровой молнии. Но именно наличие таких движений было предло­жено во многих ошибочных гипотезах в качестве условия существования и обеспечения свойств шаровой молнии.

Известно также, что именно атомарный водород используется при водородной сварке ту­гоплавких металлов благодаря способности обеспечить нагрев последних до температуры 3600º К (в результате реакции ассоциации атомов водорода в молекулы: H +H = H₂ + 4,2·10⁵ Дж и по­следующей реакции окисления молекулярного водорода), пре­вышающей температуру кипения железа, меди, золота.

Сама же шарообразная форма молнии и её восстановление после про­никновения че­рез маленькие отверстия, щели и трещины обеспечиваются тем, что процессы фи­зико-хи­мического взаимодействия вещества шаровой молнии с компонентами окружающего её воздуха происхо­дят в основном на наружной поверхности, т.е. на периферии объёма про­странства, занимаемого атомарным водородом.

Реакция окисления водорода, возникшая в месте «вспышки» (локализованного вос­пламе­не­ния) распространяется с высокой скоростью по всей поверхности занятого им объёма про­стран­ства. Выделяемая при каждой очередной «вспышке» огромная энергия передаётся про­дуктам реакции – молекулам воды, а от них и веществу окружающей среды, что вызывает че­реду сферических ударных волн, создающих газовое давление как на поверхность шаровой молнии, так и на окружающий её воздух.

В результате этого на какой-то короткий промежуток времени вещество шаровой молнии от­деляется горячим водяным паром от окружающего её воздуха, из-за чего все три последова­тельные реакции (рекомбинация атомов водорода, ассоциация их в молекулы с после­дующим окислением) прерываются. По этой причине перечисленные реакции про­текают в им­пульсном режиме, т.е. циклически, подобно тому, как это происходит в рабо­чих цилиндрах (каме­рах сго­рания) двигателей внутреннего сгорания. При «работе» шаро­вой молнии роль поджигающей «искры» выполняют содержащиеся в воздухе твёрдые не­органические частички (составляющие пылевую компоненту воздуха), попадающие в зону реакции с очередной «порцией» воздуха, нагреваемые за счёт протекания на них реакции ассоциации атомов в молекулу водорода, по­скольку им пе­редаётся выделяемая при этом энергия.

Импульсный характер «жизнедеятельности» шаровой молнии существенно снижает сред­нюю величину интенсивности всех протекающих реакций и расходование запасённой вещест­вом шаровой молнии «потенциальной» энергии, что продлевает продолжитель­ность её сущест­вования.

Перечисленные факторы, в том числе и меньшее количество частичек пыли в воз­духе, способствует увеличению продолжительности существования шаровых молний. Именно в связи с этим (с большим временем существования, способствующего их обна­ружению) шаро­вые молнии чаще наблюдаются в конце грозы, когда содержание частичек пыли минимально из-за удаления их из воздуха каплями дождя и исключения их попада­ния в воздух с влажной поверхности почвы и дорог.

Возможность возникновения и продолжительного существования атомов газов в вы­соко­воз­буждённом состоянии при быстром охлаждении плазмы установлена и эксперимен­тально, исследуя «послесвечение» плазмы, и теоретически.

Таким образом, шаровая молния имеет достаточный ре­зерв энергии для поддержания уровня возбуждения входящих в неё атомов водорода за счёт процесса «накачки». Обес­печение оцениваемой предельной плотности запасае­мой энергии веществом шаровой молнии в про­цессе её формирования (1.6·10⁶ Дж/г) вполне возможно без необходимости пополнения энергии извне в процессе всего времени её существования, так же как и воз­можность её проникновения через отверстия ма­лого размера и даже через трещины в оконных стёклах.

Считалось, что такое атмосферное явление как шаровая молния - невозможно, но оно многократно наблюдалось. Этот парадокс разрешается только при условии, что веществом ша­ровой молнии яв­ляется высоковозбуждённый и ионизированный атомарный водород («метал­лический» водород).

 

Можно объяснить всё?

 

Практически, да. Так, диаметр (размер) шаровой молнии (чаще всего 10-20 см) обу­словлен величиной полной энергии и мощностью разряда линейной молнии, поскольку от этого зависит количество разло­жившийся массы воды или клетчатки, содержащих атома водорода в составе своих молекул и уровень их возбуждения.

Что же касается цвета шаровой молнии, то следует различать линейчатый спектр из­луче­ния атомов и молекул газа у её сферической поверхности, обусловленный переходом их элек­тронов с более далеких орбит движения на более близкие к ядру атомов, и излуче­ние из всего её объема, обусловленное нагревом твердых частичек пыли, попавшей туда извне, и их нагрев в результате прохождения на них реакций релаксации и синтеза моле­кул водорода из атомов. При этом следует учесть, что фиолетовый и го­лубой цвет соот­ветствуют чаще всего возбуж­денным атомам азота и водорода. Например, пламя горения на воздухе бытового газа пропана (C₃H₈) имеет голубой цвет, а водородные электрические лампы дают излучение фиолетового и голубого цвета, как и шаровые молнии.

Яркость же излучения твердых нагретых частичек, содержащего весь (сплошной) спектр из­лучения зависит  от их температуры и может меняться по мере её повышения от тёмно-крас­ного до белого. При этом, чем меньше размер пылинки и чем медленнее пере­мещается шаровая молния, тем до большей температуры нагреваются пылинки, находя­щиеся внутри шаровой молнии. Если пылинок мало, они будут видеться отдельными све­тящимися точками (если нет движения ни у них, ни у шаровой молнии) или в виде линий, нитей, если такое движение есть. Когда частичек много, они образуют свечение всего объ­ема шаровой молнии. Окружающий шаровую молнию внешний туманный контур обу­словлен наличием вокруг шаровой молнии большого количества молекул воды, возник­ших при окислении водорода, и их конденсации в мелкие капли.

Ослепительно белыми могут быть лишь «осевшие» шаровые молнии, испаряющие веще­ство предмета (как правило, из металла), на котором они «сидят». Мелкие частички этого веще­ства и частички атмосферной пыли при неподвижности шаровой молнии успе­вают нагреться до белого каления и даже частично или полностью испариться. Прибли­жающиеся к поверхности шаровой молнии или попадающие в объем шаровой молнии ор­ганические пылинки будут сго­рать, образуя как бы отдельные вспышки пламени или ог­ненную корону (если их много) вокруг шаровой мол­нии.

Слышимый при появлении шаровой молнии свистящий, жужжащий или шипящий звук – результат импульсного, прерывистого характера «работы» шаровой молнии и мно­жества по­следо­вательных микровзрывов, вызываемых мгновенным испарением мелких капель воды, по­павших в пространство реакции окисления водорода. В зависимости от числа и размера испа­ряемых капель и скорости движения шаровой молнии меняется ха­рактер звука. Возникают ана­логичные звуки и при попадании в область реакции пылинок из органических веществ (они со­держат в себе воду) и пы­линок из неорганических ве­ществ, на поверхности которых адсорби­рована влага или она нахо­дится в их порах (как в цеолитах), а также  пылинок из влажных со­лей и из кристаллогидратов. Та­кие же звуки возникают и при мгновенном испарении мелких капель, и при нагреве пищевой соли, упавших на очень горячие предметы (выше 373º К), на­пример, на горячую сковороду.

Остро пахнущая дымка при исчезновении молнии является запахом некоторых по­бочных продуктов жизнедеятельности шаровой молнии (окиси азота и озон).

О причинах наличия диапазона изменения длительности существования шаровых молний от долей секунды до нескольких минут уже было сказано выше. Доли секунд живут шаровые молнии, у ко­торых уровень возбуждения атомов водорода не соответствует условиям перехода атомарного во­дорода в «металлический» водород, в связи с этим резко сокращается продолжи­тельность возбуж­денного состояния атомов водорода, атомы почти мгновенно объединяются в молекулы и соеди­няются с кислородом воздуха. Как уже отмечалось, чем больше диаметр ша­ровой молнии и меньше концентрация пыли в воздухе, тем больше продолжительность сущест­вования шаровой молнии.

Многократные случаи опускания шаровых молний из основания тучи в месте разряда ли­нейных молний между облаками и земной поверхностью обусловлены их формированием в этом месте при положительных зарядах капелек грозового облака. Этот же процесс ведёт и к их «оседанию». Случаи обнаружения шаровых молний в облаках и выше об­лаков обусловлены тем, что плотность вещества при их формировании соответст­вует плотности воздуха на высоте их обнаружения.

Мощность «взрыва» шаровой молнии зависит от величины запасенной ею энергии (то есть от её размера) и размера металлических предметов, влияющего на скорость реакции «взрыва» за счёт большей площади контакта, она уменьшается в процессе её жизнедеятельно­сти.

Движение шаровой молнии (из-за её малой массы) обусловлено многими факто­рами: со­отношением её плотности по сравнению с плотностью воздуха, потоками воздуха, нали­чием у неё небольшого электрического заряда, взаимодействием электрических зарядов ша­ровой мол­нии и предметов по соседству, реактивными силами, различной плотностью воздуха от места к месту. Всё зависит от соотношения сил, обусловленных указанными причинами. Шаровые молнии маленьких размеров (малой массы) движутся часто рывками в разные стороны («ме­чутся»), что обусловлено их последовательным взаимодействием с единичными крупными влаж­ными частичками. Мгновенное последовательное их испарение у различных мест поверх­ности ша­ровой молнии вызывает локальный микровзрыв, что отбрасывает её в противополож­ную сторону от места единичного микровзрыва. Это подтверждается и случаями импульсного движения остатков мелких твердых пылинок яркого цвета в сторону от поверхности шаровой мол­нии. При равенстве взаимодействующих сил шаровая молния некоторое время может оста­ваться неподвижной. Движение над поверхностью земли на определенной высоте, повторяю­щее рельеф мест­ности – это результат взаимодействия шаровой молнии и поверхности земли, когда обе они имеют положительный электрический заряд.

Строение шаровой молнии из «металлического» водорода и условия, обес­печивающие её сферическую форму, создают предпосылку для возможности её деления на части при большом диаметре шаровой молнии, при котором она менее устойчива к внешним воздействиям. Так из одной шаровой молнии получаются две или три.

Причины и механизм проникновения шаровых молний в жилые помещения состоят в сле­дующем. Все жилые помещения отапливаются в холодное время года, а в деревнях печи то­пятся каждый день для приготовления еды, независимо от времени года. Кроме того, в таких помеще­ниях происходит конвекция воздуха от обогревателя (печи). Более тёплый воздух во внутреннем  помещение имеет меньшую плотность, в результате чего образуется тяга воздуха в  наружное помещение. При этом температура воздуха всегда выше температуры стен помеще­ния из-за чего на них конденси­руется содержащийся в воздухе водяной пар. Движение воздуха вдоль влажных стен вызывает их электризацию отрицательными электрическими зарядами (молекулы воды имеют высокое срод­ство с электронами), отрицательный заряд образуется и на дымоходах печей, каминов по той же причине и во время протапливания и после него, по­скольку идет тяга воздуха через щели в печных задвижках. Следовательно, отапливаемые по­мещения, с отрицательными зарядами на стенах, создают во внешней среде электростатиче­ское поле отрицательных электрических зарядов, что вызывает притяжение к ним шаровых мол­ний, так как они имеют, хотя и незначительный, положительный электрический заряд и, кроме того, способны поляризоваться в электрических полях. Однако, поскольку стены зданий изготов­лены из диэлектрических материалов, шаровая молния не может на них осесть и сквозь них про­ник­нуть внутрь, но благодаря сверхтекучести водорода проникает через любое отверстие в здании - откры­тые форточки, окна и двери, даже через трещины в оконном стекле или через замочную скважину.

Попадая в помещения, они притягиваются к заряженным отрицательными электриче­скими зарядами стенам, обходя их по периметру и нагревая их поверхность, что приводит к нейтрализа­ции электрического потенциала помещения, и шаровая молния, при всегда присут­ствующем в отапливаемых помещениях сквозняке, покидает помещение (если не успеет израс­ходовать в нем весь запас энергии) через какое-нибудь отверстие в окне, двери, стене или через дымоход.

Высокая яркость «осевших» шаровых молний, как уже отмечалось, обусловлена высокой эффективностью снятия возбуждения атомов и образования из них молекул на твердых метал­лических поверхностях, что вызывает интенсивное выделение её энергии на этой по­верхности, нагрев и испарение вещества. Весь или достаточно широкий спектр электромагнит­ных излуче­ний и дает в сумме белый цвет. Если человек имеет хороший электрический контакт с поверх­ностью земли, а его тело или нижняя одежда влажные, и, значит, они обладают электрической проводимостью, то происходит увеличение интенсивности реакций и выделения энергии. Эти обстоятельства могут вызвать ожог поверхности тела, а в случае взрыва – привести к более серьезным повреждениям, но не в результате прохождения через человека электрического тока, так как положительный электри­ческий заряд шаровой молнии невелик, а электрическое сопро­тивление кожи человека составляет тысячи Ом.

Температуру, возникающую при взрыве шаровой молнии, можно оценить по воздействию на массивные металлические предметы, имею­щие следы испарения. Так, температура кипения золота – 3243º К, меди – 2873º К, железа – 3013º К. При атомно-водородной сварке, основанной на реакции ассоциации атомов водорода в молекулы на поверхности металлов, достигается температура около 3600º К. Даже известный своей энерго­емкостью ацетилен при сварке в чис­том кислороде нагревает металлы не выше 3300º К.

Среди химических веществ, находящихся в газовой фазе в качестве взрывчатого вещества с тротиловым эквивалентом равным 400, единственно возможным является атомарный водо­род, поскольку мощность взрыва тем больше, чем больше теплотворная способность вещества, т.е. его удельная энергия, и чем меньше длительность взрыва, т.е. чем выше скорость движения частиц газа, участвующих в реакции (при одинаковых температурах взрывчатых газов). Это обусловлено тем, что он имеет самую высокую величину удельной энергии среди химических веществ (за ис­ключением радиоактивных) и наименьшую среди них массу частиц, квадрат ско­рости которых об­ратно пропорционален массе частицы. Ближайший конкурент атомарного во­дорода - ацетилен (С₂Н₂) проигрывает ему по величине удельной энергии в 7,5 раз и по массе частиц в 26 раз (без учёта энергии рекомбинации).

Итак, шаровая молния, состоящая из «металлического» водорода, соответствует всем свойствам, которыми обладают реальные шаровые молнии. Кроме того, предложенная модель шаровой молнии позволяет объяснить и другие особенности её проявления и действия. Про­никнув в графин с водой, шаровая молния массой в 1 грамм может за счет своего запаса внут­ренней энергии испарить («выпить») 1 литр воды. При соприкосновении шаровой молнии с вбитым в стену помещения железным гвоздем она его мгновенно нагревает до высокой темпера­туры, что вызывает увеличение его диаметра и длины. Это, с одной стороны, приводит к наруше­нию прочности материала, в который вбит гвоздь, а с другой стороны - ведет к разло­жению этого материала (дерево, известь и т.п.) с выделением из него паров воды и СО₂, давле­ние которых и выталкивает гвоздь из стены, поскольку дерево обугливается, а слой углерода - хорошая смазка.

Достаточно несложно объяснить и другие «фокусы» шаровой молнии.

 

Рождение природного феномена

 

Механизм формирования шаровой молнии рассмотрим на примере её возникновения в ре­зультате разряда обыкновенной линейной молнии между грозовой тучей, имеющей отрица­тельный электрический заряд, и водной поверхностью озера, моря, океана с противоположным знаком заряда. При разряде электроны проникают сквозь атмосферу на некоторую глубину водной среды, разлагая молекулы воды на положительный ион атома водорода – протон, и от­рицательный ион гидроксила (H2O = H⁺+OH^-). Образовавшаяся смесь двух газов из ионов с противоположными знаками электрического заряда разделится к моменту завершения разряда линейной молнии. Ионы гидроксила растворятся в воде, а ионы атомарного водорода – про­тоны – сформируются в газовый пузырь, поднимутся к поверхности воды и выйдут в атмо­сферу, защищённые от неё такой плёнкой воды. Из-за одинакового знака заряда, протоны под воздействием силы отталкивания распределятся равномерно у самой поверхности занимаемого ими объёма пространства сферической формы, их движение полностью прекратится. Такое их состояние соответствует температуре 0º К в независимости от температуры окружающей среды.

В то же самое время, под воздействием электрического поля, возникшего в связи с нали­чием электрического заряда у протонов, в окружающем их пространстве произойдёт ионизация атомов и молекул газов, составляющих воздух. Возникшие свободные электроны устремятся в объём пространства сферической формы, занимаемый протонами, в количестве, достаточном для полной компенсации зарядов протонов и ликвидации созданного ими электрического поля.

Приобретённая электронами под воздействием электрического поля скорость приведёт к ситуации, свойственной металлам, в которых положительные ионы атомов металла располага­ются постоянно в узлах кристаллической решётки, а внешние их электроны – электроны прово­димости – свободно перемещаются в объёме металла. Атомарный водород в таком состоянии называется «металлическим» водородом. При этом «температура» самих протонов, не имею­щих движения, практически мало отличается от 0º К, из-за чего уравнивание внутреннего дав­ления окружающего воздуха достигается при числе протонов в 29 раз больше, чем число час­тиц в воздухе на единицу объёма. (Соответствует отношению их атомного веса). Такое же от­ношение имеет температура воздуха к температуре протонов, например – воздух - 290º К, про­тоны в объёме шаровой молнии - 10º К.

При этом, как и в металлах, температура электронов соответствует нескольким тысячам градусов, но из-за их малой массы, по сравнению с массой ядер атомов, они не влияют сущест­венно на температуру металла или вещества шаровой молнии в целом.

Вот так завершается формирование шаровой молнии и начинается её жизнедеятельность посредством химического и электрического взаимодействия вещества шаровой молнии с веще­ством окружающей её среды, ведущая к расходованию её внутренней энергии.

Механизм формирования шаровой молнии, возникающей при ударе линейной молнии в по­верхность влажной от дождя почвы или в «живое» растущее дерево ничем не отличается от изло­женного выше, поскольку и влажная почва и растущее дерево содержат до 60% воды.

Следовательно, разложение электрическим током 27 грамм воды, или по 40 грамм древе­сины и почвы дает количество атомарного водорода, достаточ­ное для формирования шаровой молнии массой 1,3 грамма, а объемом 1000 см³.

При грозовых разрядах между положительно заряженным облаком и поверхностью земли ис­точником атомарного водорода являются мелкие капли воды, образующие облака, через ко­торые прошёл разряд линейной молнии.

 

Была и исчезла

 

Исходя из того, что веществом шаровой молнии являются атомы водорода в вы­соковоз­буждённом или ионизированном состоянии, рассмотрим и объясним четыре наблюдаемых вари­анты завершающего этапа жизни шаровой молнии.

1. Шаровая молния прекращает своё существование не оседая на предметах, а всё время на­ходясь в воздухе. При  этом с течением времени происходит постепенное уменьшение её размера, яркости свечения, силы издаваемого звука и запаса внутренней энергии в результате затрат на излучение и теплопередачу в окружающую среду до её полного визуального исчезно­вения.

2. Шаровая молния через некоторый промежуток времени своего существования «осе­дает» на каком-либо предмете не из металла, имеющим низкий уровень электро- и теплопро­водности. «Оседание» шаровой молнии на предметах, как и её движение к ним, обусловлено их электрической поляризацией и наличием у неё незначительного по величине положительного электрического за­ряда, обусловленного термоэлектронной эмиссией.

Этот вариант отличается от первого несколько большей интенсивностью процессов жизне­деятельности шаровой молнии в «осевшем» состоянии и, соответственно, несколько большей яр­костью видимого излучения. Завершает своё существование без взрыва и громкого звука. Так же ведет себя шаровая молния, если «садится» на воду, содержащуюся в сосуде из диэлектрического материала.

3. Шаровая молния, спустя некоторое время после своего появления, «оседает» на тонком ме­таллическом предмете или устройстве, имеющем электрическую связь с поверхностью земли (тон­кий провод «заземления» и антенна радиоприёмника или телевизора, имеющая заземле­ние). В этом случае при незначительном размере шаровой молнии она прекращает своё сущест­вование после «оседания» не более чем за секунду, как будто прячется в них. При этом возни­кает звук наподобие несильного хлопка ладонями, что обусловлено более высокой интенсивно­стью всех реакций по сравнению с двумя предыдущими случаями.

4. Существование шаровой молнии значительной величины завершается громким звуком, на­подобие звука пистолетного выстрела или выстрела из небольшой пушки из-за мгновенного пре­кращения существования. Этот вариант соответствует «оседанию» шаровой молнии на мас­сивные металлические предметы или устройства, имеющие электрическую связь с землёй (рельсы, трубы и т.п.). Это происходит из-за большой площади контакта шаровой молнии с предметом и чрезвы­чайно высокой, в связи с этим, скоростью всех реакций.

На основе рассмотренных вариантов завершающего этапа жизни шаровых молний, появ­ляется возможность объяснения наблюдаемого разнообразия воздействия шаровых молний на людей: в одних случаях – полное игнорирование рядом находящегося человека, в других – «ласковое» безобидное прикосновение к нему, в-третьих – сильные ожоги и нанесение рваных ран на теле че­ловека.

Исходя из последствий «оседания» шаровых молний на предметах, естественно предпола­гать, что это разнообразие обусловлено различием интенсивности реакций, в которых участ­вует вещество шаровых молний. То есть различием скорости выделения энергий (мощности) и длительности термического воздействия на человека, что является следствием электрического сопротивления кожи человека, наличия или отсутствия на ней электрических зарядов, условий и обстоятельств, в которых он находился в момент контакта с шаровой молнией, т.е. имеет или нет электрический контакт с предметами, обладающими большой электрической ёмкостью, или имеющих «заземление».

 

Итак

 

Веществом шаровой молнии является «металли­ческий» водород, по свойствам подобный неизотермической сверхплотной низкотемпературной водородной плазме.

«Жизнедеятельность» шаровой молнии и её форма обеспечиваются процессами: рекомби­нации электрических зарядов, ассоциации атомов водорода в молекулы и их последующее окисле­ния кислородом воздуха, происходящими в основном около поверхности объёма воз­душного про­странства, занимаемого веществом шаровой молнии. Процессы имеют прерыви­стый, импульсный характер, аналогичный процессам в однокамерных двигателях внутреннего сгорания.

Предложенная физическая модель шаровой молнии, веществом которой является «метал­лический» водо­род, обладает всеми теми же основными свойствами, что и реальная шаровая молния.

В природе существуют условия для формирования шаровой молнии из «металлического» водорода. Возможна и их реализация учёными как посредством искусственного инициирования разряда настоящих линейных молний в определённом месте при наличии грозовых облаков, так и посредством использования специаль­ных генераторов (генераторов Ван-дер Граафа) в лабо­раторных условиях.