Kuglasta munja - glavna misterija atmosferskog elektriciteta

Kuglasta munja - glavna misterija atmosferskog elektriciteta
Kuglasta munja - glavna misterija atmosferskog elektriciteta
Anonim

Kuglasta munja izgleda kao svjetleća kugla koja se obično javlja tijekom oluje. Često takav objekt visi ili se kreće na više ili manje fiksnoj visini iznad tla. Ponekad kugla eksplodira kad se sudari s predmetom ili bez vidljivog razloga. Znakovito je da u svijetu još uvijek ne postoji općeprihvaćena fizikalna teorija koja objašnjava prirodu kuglaste munje.

Električni fenomeni u Zemljinoj atmosferi, unatoč stoljetnim istraživanjima, i dalje su uglavnom slabo razumljivi. Kuglasta munja vjerojatno je jedna od najvećih misterija, počevši od same činjenice njihovog postojanja, kaže doktor fizičko-matematičkih znanosti, viši istraživač u Sektoru teorije krutog tijela Fizičko-tehničkog instituta po imenu I. I. A. F. Ioffe RAS Mihail L. ŠMATOV. U jednom je intervjuu znanstvenik govorio o najzanimljivijim pitanjima vezanim uz kuglaste munje.

─ Je li istina da do 2012. godine znanstvena zajednica nije bila čvrsto uvjerena da kuglasta munja doista postoji, pa su tek nakon senzacionalnog zapažanja kineskih znanstvenika koji su otkrili željezo, silicij i kalcij u takvim munjama počeli govoriti o kuglastim munjama kao stvarnom objektu ? Prije je, uostalom, čak bilo i sugestija da je kuglasta munja svojevrsna halucinacija uzrokovana utjecajem magnetskih polja neke obične munje?

─ 2012. se nije dogodilo ništa fundamentalno novo; kineski znanstvenici nisu iznijeli revolucionarne podatke na temelju svojih zapažanja. Ostaje pitanje: jesu li promatrali kuglaste munje? Najvjerojatnije (a to je navedeno u našem zajedničkom pregledu s profesorom Karlom Stefanom sa Sveučilišta Texas u San Marcosu) [1], kineski su znanstvenici vidjeli posljedice običnog udara munje u dalekovod. Ponekad se vjeruje da su utvrdili prisutnost nečistoća željeza, kalcija i silicija u kugličnoj munji. No, vjerojatno je registracija spektralnih vodova ovih elemenata jednostavno rezultat utjecaja običnog pražnjenja munje na dalekovod i tlo, vjerojatno neki učinci povezani s činjenicom da je ovo pražnjenje proizvelo kratki spoj napajanja crta. Podsjećam vas da je sve to bilo u blizini dalekovoda, što znači da bi moglo doći do kratkog spoja na masu, što je dovelo do takvih posljedica.

Međutim, s obzirom na to kako ljudi percipiraju kuglicu, situacija je zaista zeznuta. Mnoge ljude zanima kuglasta munja, ali postoje fizičari plazme koji ne znaju ništa o ovom objektu. Ovo je trenutno stanje.

Ako govorimo o halucinacijama, onda se vjeruje da u nekim slučajevima ljudi mogu vidjeti neku vrstu užarenih mrlja zbog djelovanja vrlo jakog bljeska svjetla iz obične munje. Bilo je i djela koja, možda, magnetska polja iz obične munje djeluju izravno na mozak i daju optičke iluzije složenijeg podrijetla.

Postoji veliki broj svjetlećih dugovječnih objekata koje se može zamijeniti s kugličnom munom. Predivan primjer o kojem se raspravljalo u znanstvenoj literaturi: u nekim slučajevima čak se i ptica koja živi u šupljini može zamijeniti s kugličnom munjom! Ptica se može zamrljati trulim drvom, a trulo drvo svijetli pod nekim uvjetima.

Vjerujem da je u slučaju spomenutog zapažanja kineskih znanstvenika, čiji su rezultati objavljeni u njihovom članku, situacija otprilike ista: mogli su vidjeti posljedice jednostavnog udara munje, a ne kuglaste munje.

Da, još uvijek postoje oni koji još uvijek ne znaju za kuglaste munje, kao i oni koji vjeruju da se radi o optičkoj varci, ali danas se već pouzdano zna: kuglasta munja postoji. A to znamo, osobito, iz brojnih izvješća o razornim učincima koje izaziva takva munja.

─ Još uvijek nema konsenzusa o tome od čega se sastoji kuglasta munja. Koja je vaša verzija?

─ U pravu ste, postoje samo različite hipoteze i modeli. Vjerujem da se kuglasta munja sastoji od elektrona i gotovo potpuno ioniziranih iona (zapravo jezgri) elemenata koji čine zrak, odnosno temeljna prisutnost silicija i drugih ranije spomenutih elemenata u njoj nije potrebna.

Moj model temelji se na pretpostavci da je glavni dio kuglične munje jezgra, koja se sastoji od gotovo potpuno ioniziranih iona i elektrona, koji međusobno titraju (približno, osciliraju). Pokazalo se da elektroni osciliraju u odnosu na ione. Jonah se također kreće. Kretanje elektrona događa se uglavnom u radijalnom smjeru, situacija s ionima je složenija i ovisi o specifičnim parametrima jezgre. Jezgra je oblak plazme, sličan oblacima plazme koji nastaju u nekim pokusima na laserskoj termonuklearnoj fuziji i u nuklearnim eksplozijama u atmosferi (iako postoje i drugi razlozi za pojavu oscilacija). Drugi su znanstvenici također razmatrali modele s oscilacijama, ali ja sam jedini koji je mogao objasniti živote i energiju kuglaste munje u okviru takvog modela.

Referenca. Ionizacija u ovoj situaciji je izvlačenje jednog ili više elektrona, potpuna ionizacija svih, odnosno potpuno ionizirani ion elementa njegova je atomska jezgra.

Image
Image

─ Kuglasta munja poznata je tisućama godina. Zašto još uvijek nije bilo moguće nedvosmisleno utvrditi njihovu prirodu?

─ Vjerujem da je jedan od glavnih problema nedostatak dovoljno opsežnih i dobro financiranih istraživanja u ovom području.

U Sjedinjenim Državama šezdesetih godina prošlog stoljeća provedena su važna istraživanja kuglaste munje. Rezultat je izvrsna knjiga Stanleyja Singera The Nature of Ball Lightning. Ti su radovi izvedeni tijekom Vijetnamskog rata, a najveći zadatak bio je "prestrašiti pakao Vijetnamaca" naučen nakon Singerove smrti. No, sada se nitko ne suočava s takvim zadacima, pa je i interes za kuglične munje umjeren. Osim toga, velika složenost i nedostatak očite primijenjene vrijednosti zastrašuje mnoge.

Međutim, mislim da je proučavanje kuglaste munje od velike političke važnosti za fiziku plazme, jer trenutno postoji problem proizvodnje energije, a jedno od obećavajućih rješenja, kao što znate, je kontrolirana termonuklearna fuzija.

Stav mnogih istraživača na području kontrolirane termonuklearne fuzije je sljedeći: ako se dodijeli dovoljno novca, tada će čovječanstvo primiti ovaj izvor energije, jer se fizika plazme dobro razumije. No, može se postaviti pitanje: zašto uopće mislite da razumijete fiziku plazme? Pa, riješili smo jedan problem, drugi je dobar. Ali postoji takav prirodni fenomen kao kuglasta munja. Poznat je tisućama godina, povezan je s plazmom, ali još nije do kraja objašnjen. I dok ne objasnimo kuglastu munju, teško se može reći da je fizika plazme dobro shvaćena.

─ Plazma se, koliko ja znam, smatra najmanje proučavanim agregatnim stanjem …

─ Teško pitanje. Vjerujem da su brojni aspekti u ovom području vrlo dobro proučeni. Da fizika plazme nije bila dobro proučena, ne bi bilo niti vodikovih bombi. Nisu štedjeli ništa. I evo ih i općenito pružaju miran suživot na planeti.

─ Je li moguće stvoriti kuglastu munju u laboratoriju?

─ Rekao bih da nema izravnog odgovora na ovo pitanje. I ispravnije bi bilo govoriti o stvaranju kuglaste munje ne toliko u laboratoriju koliko na poligonu. Zašto? Poznato je da je kuglasta munja manifestacija grmljavinske aktivnosti u atmosferi, a, općenito govoreći, u grmljavinskom oblaku u nekim slučajevima postoje golemi potencijali. Potencijalna razlika između različitih točaka oblaka ili između neke točke u oblaku i tla može iznositi stotine milijuna volti. Pod određenim uvjetima možemo čak ići u raspon od nekoliko stotina milijuna volti, a možda čak i do nekoliko milijardi. Stoga je bolje izvoditi radove u uvjetima poligona.

U laboratoriju postoji mnogo pokušaja rekreiranja kuglaste munje. Do sada to nije dalo uvjerljive rezultate. A je li to načelno moguće ili ne, ne mogu reći. Unutar mog modela, bolje je raditi na odlagalištu. Slični pokusi izvedeni su u Sjedinjenim Državama najmanje dva puta ─ s pokušajem upotrebe munje, pokrenute raketama koje su povukle žicu iza sebe. No, kao što znate, lansiranje rakete ozbiljna je stvar. Ti su se pokusi odvijali na posebnim poligonima, osobito u bazi Nacionalne garde. Ova vrsta istraživanja vrlo je skup i opasan pothvat, jer projektil može oboriti i zrakoplov u slučaju neuspješnog lansiranja, a u svakom slučaju, ako se ne poštuju sigurnosne mjere, može vas pogoditi grom.

Sasvim su mogući i pokusi bez uporabe raketa pomoću konvencionalne munje. Postoji veliki broj izvještaja o uvjetima promatranja kuglaste munje. Na primjer, možete ponoviti ovu postavku i pričekati normalan udar groma. Lako je ponovno stvoriti atmosferu izgleda kuglaste munje, ali sada se neću zadržavati na tome kako se to točno može učiniti. Visoki troškovi i sigurnosni problemi također su važni za neraketne eksperimente.

Image
Image

- Naš sunarodnjak, nobelovac Pyotr Kapitsa bavio se pitanjima kuglične munje. Napisao je da se kuglasta munja, zbog svoje rijetkosti, teško podnosi sustavnom proučavanju. Što misliš o ovome?

- I ovdje općenito nije jasno koliko je ta pojava rijetka. Vjeruje se da je za osobu koja živi u srednjoj zoni bivšeg SSSR -a vjerojatnost da će se tijekom života susresti s kuglom munje oko 5%. To nije puno. No u Sjedinjenim Državama 1963. godine provedena je zanimljiva anketa: zaposlenike NASA -e upitali su koliko često vide kuglične munje i koliko često vide bliski udar obične munje. Pokazalo se da je broj oboje usporediv, što znači da je vrlo teško ozbiljno govoriti o vjerojatnosti stvaranja kuglaste munje tijekom običnog pražnjenja. Činjenica je da kuglasta munja ima kratak raspon detekcije. Štoviše, tijekom oluje s grmljavinom, u pravilu, svi razboriti ljudi, ako je moguće, sjede u zatvorenom prostoru. Istodobno, jednostavna munja vidljiva je na velikim udaljenostima, jer je velika i svijetla, a zvuk iz nje snažan. Sasvim je moguće da je učestalost generiranja kuglaste munje prirodnim pražnjenjem usporediva s frekvencijom obične munje. Možda jednostavno nećemo vidjeti kuglaste munje.

S obzirom na to da se opaža kuglasta munja, bez obzira na razloge, rijetkost, ne smatram to značajnom preprekom istraživanju, jer je prikupljena i objavljena ogromna količina podataka promatranja. Istodobno je svakako nemoguće vjerovati svim porukama.

Broj ljudi koji se nađu na maloj udaljenosti od običnog udara munje usporediv je s brojem ljudi koji su ikada gledali kuglu. Usput, piloti su vidjeli dosta vatrenih kugli. Ovo je pitanje vrlo pažljivo proučio I. M. Imyanitov je izvanredan istraživač atmosferske električne energije. Došao je do zaključka da se kuglasta munja javlja u oblacima stotinu puta češće nego na malim visinama.

Image
Image

─ Usput, na kojoj se visini obično opaža kuglasta munja?

─ Kuglasta munja ima jedno vrlo zanimljivo svojstvo ─ da vrlo često visi ili se kreće na fiksnoj visini, na primjer, na području metar ili jedan i pol metara iznad tla. A ovo je zapravo vrlo ne trivijalna činjenica, jer na nju očito utječu i sila gravitacije i Arhimedova sila. Pokazalo se da je kuglasta munja prilično lagana. I, čini se, ako je kuglasta munja teža od zraka, onda bi trebala pasti, a ako je lakša od zraka, trebala bi poletjeti. No, kuglasta munja, barem u nekim slučajevima, ima električni naboj koji utječe na njezino kretanje. No ovo je zasebno i vrlo složeno pitanje pa nećemo sada ulaziti u detalje. Općenito, kuglasta munja promatrana je izravno na tlu ili na podu prostorija, te na spomenutoj visini od metar i pol, te na nadmorskoj visini od nekoliko kilometara.

─ Koliko dugo živi kuglasta munja?

─ Životni vijek kuglične munje jedan je od najbolje zabilježenih parametara. Donja granica je nekoliko sekundi. Očigledno, regionalne značajke kuglične munje su važne, budući da rezultati djela napisanih u različitim zemljama daju malo različite granice za cijeli život. Može se sa sigurnošću reći da kuglasta munja definitivno može živjeti nekoliko sekundi. No s gornjom granicom pitanje je vrlo teško. Postoje, primjerice, objavljeni podaci o opažanju M. T. Dmitriev [3]. Vidio je vatrenu kuglu otprilike minutu i pol. Vjerojatno možemo reći da na malim visinama kuglasta munja može živjeti najmanje tri minute. U literaturi se spominju i izvještaji da je kuglasta munja živjela i do 15 minuta. Ali znam samo za jednu ili dvije poruke ove vrste.

Osim toga, postoji vrlo podmukao učinak, po izgledu sličan kuglastim munjama, ─ to su svjetla St. Elma na letećem koncentratoru električnog polja. Ako imamo dovoljno jako polje, a polja ispod grmljavinskih oblaka (i u njima) mogu biti reda veličine kilovolta po centimetru, a postoji neki predmet ili objekti, na primjer, roj buba, tada se sjaj može pojaviti pojavljuju se na tim kornjašima ili drugim predmetima. Znanstvenici su posebno proučavali ovo pitanje. Utvrđeno je da je vrlo teško razlikovati kuglične munje od svjetla St. Elma s velike udaljenosti, čak i ako koncentrator električnog polja ne leti.

─ Jeste li ikada sami promatrali kuglastu munju?

─ Ne.

─ Želite li?

─ Ne baš. Činjenica je da u okviru mog modela, ako potpuno nemate sreće, možete dobiti ozbiljna oštećenja zračenja, uključujući i smrtonosna, s udaljenosti, u jedinstvenim slučajevima, od nekoliko desetaka metara. Kuglasta munja vrlo je opasna za ljude.

Vrlo zanimljiva priča, koja izgleda polufantastično, ali je dobro dokumentirana i opisana u Journal of Technical Physics 1981. [5], dogodila se u Khabarovsku, gdje je kuglasta munja otopila 440 kilograma tla. Izgleda kao strašna bajka, ali vrlo ozbiljna istraživanja ovog tla provedena su na Institutu za nuklearnu fiziku Moskovskog državnog sveučilišta i drugim znanstvenim organizacijama. Konkretno, iz pokušaja reprodukcije troske približno istog sastava postalo je jasno da je taljenje uzrokovano ili radiovalovima ili tvrdim zračenjem, odnosno gama zračenjem, i što točno ─ nema konačnog zaključka.

Kuglasta munja također je opasna za tehnologiju, posebno zbog svoje sposobnosti utjecaja na rad električnih krugova. I stara književnost i relativno moderne priče opisuju kada je kuglasta munja upalila električne svjetiljke. U načelu, može izbaciti elektroniku [6], ali za moderne zrakoplove, na primjer, nokautiranje elektronike vrlo je loš događaj. Postoje izvještaji da su se piloti vojnih zrakoplova čak morali i katapultirati zbog oštećenja zrakoplova kugličnom munjom [7], ali koji su bili specifični mehanizmi oštećenja, ne znam.

─ Kuglasta munja uvijek je povezana s običnom munjom ili se može pojaviti neovisno o njoj?

─ U nekim slučajevima, rođenje kuglaste munje može biti povezano s određenom običnom munjom, međutim, ima i slučajeva kada obična munja nije prethodila rođenju kuglaste munje. Postoje izvještaji o opažanju kuglaste munje pri vedrom vremenu.

- Vaši su radovi također posvećeni opasnosti od zračenja kuglične munje. Koliko je ova prijetnja stvarna?

─ Zanima me opasnost od zračenja kuglične munje i općenito atmosferske struje. Prošle i pretprošle godine objavio sam dva članka [8, 9], gdje sam u okviru svog modela kuglastih munja objasnio neke parametre tokova gama zračenja zabilježenih u jednom slučaju u Japanu [10], a u drugi u Armeniji [11].

Otprilike od 1980. jasno je utvrđena činjenica stvaranja rentgenskog i gama zračenja u oblacima groma. Postoje i kratki, dovoljno snažni impulsi i dugi tokovi gama zračenja koji traju, na primjer, sekunde ili minute, kao i događaji koji se mogu tumačiti kao generiranje velikog broja impulsa. Otvoreno je pitanje kakva je priroda dugoročnih impulsa.

Postoje izvještaji o opažanju ne samo jedne kugle, već i cijelih skupina kugle [4]. U Armeniji, na postaji Aragats, između ostalog, provodi se promatranje vidljive svjetlosti, koja dolazi iz oblaka. Godine 2019. objavljen je članak A. Chilingaryana [11] s kolegama o tome kako su vidjeli gama zračenje i skupinu užarenih mrlja. Ponudili su neko objašnjenje odakle dolaze svjetlosne mrlje, oko 10 komada. Priznajem da su mogli vidjeti skupinu kuglastih munja [9].

─ Mogu li postojati čak i skupine vatrenih kugli?

─ Da. Takvi su događaji rijetki, ali se događaju. Postoje dokumentirane priče o pilotima koji su u hitnim situacijama, poput hitnog slijetanja na aerodrom kroz oluju, vidjeli desetke vatrenih kugli u oblacima [4]. Ponavljam da je vjerojatnost da u oblaku naiđemo na kuglu munje otprilike stotinu puta veća nego na našim uobičajenim visinama, to jest na razini tla i nekoliko metara iznad nje [2].

Općenito, o opasnosti od zračenja kuglične munje prvi put se ozbiljno raspravljalo 1962. godine. Ranije, 1886., Scientific American (sada časopis, a stari brojevi izgledaju kao novine) imao je jedinstvenu publikaciju koja je opisivala priču o tome kako je jedna obitelj u Venezueli promatrala jako svjetlo u svom domu, a istovremeno osjećala specifičnost miris (izvještaji o kuglastim munjama ponekad spominju miris poput gorućeg crnog praha ili sumpora). Ljudi su se počeli moliti, misleći da je došao smak svijeta (potpuno prirodna pretpostavka za 19. stoljeće i za vjersku obitelj), no tu je aktivnost prekinulo povraćanje. U budućnosti su ljudi razvili mjehuriće na koži, koji su postali čirevi, a kosa je počela opadati. Kako, ako ne zračenje, izgleda? Štoviše, ova se činjenica teško može smatrati falsifikatom, jer je opisana i prije otkrića prirodne radioaktivnosti, i prije stvaranja izvora X-zraka, pa čak i prije stvaranja moćnih izvora ionizirajućeg zračenja. 90 godina kasnije, Eugene Garfield je ovaj incident protumačio kao moguće oštećenje zračenjem od vatrene kugle.

Rosalyn Krysik primijetila je još jedan zanimljiv učinak: munja je doletjela do staklenih vrata, a staklo je zasjalo. To nije bio odraz jer je munja bila plavkaste boje, a sjaj žuta. Nakon toga, Karl Stefan i njegovi kolege proveli su niz eksperimenata, a pokazalo se da sličan učinak može biti uzrokovan djelovanjem ultraljubičastog ili jačeg zračenja [1].

─ Mogu li obične munje također predstavljati opasnost od zračenja?

─ Da. Utvrđeno je da određena količina obične munje (koliko je nepoznato, otprilike od 0,01% do 1%) stvara tokove tvrdog zračenja. Začudo, ti su tokovi jasno vidljivi sa satelita, jer zračenje stupa u interakciju sa zrakom - jednostavno se apsorbira i raspršuje, raspršenje dovodi do smanjenja energije fotona. Intenzitet opada s povećanjem udaljenosti i u situaciji kada praktički nema apsorpcije i raspršenja, jednostavno zbog činjenice da isti broj kvanti pada na veću površinu. No, značajniji učinak opaža se u prilično gustoj atmosferi - to je raspršivanje i apsorpcija gama i X -zračenja zrakom. Stoga se ispostavlja da ako je grmljavinsko nevrijeme na nadmorskoj visini od nekoliko kilometara i, osobito, veće, tada je lakše vidjeti teško zračenje sa satelita nego sa zemlje.

─ Mihail Leonidovič, reci nam na kraju, kako se možeš zaštititi kad naiđeš na kuglu? Što se može, a što ne može učiniti?

─ Ovdje vrijede ista sigurnosna pravila kao i pri susretu s običnom munjom. Na primjer, mnogi ljudi znaju da ne možete stajati ispod drveća tijekom oluje - udar groma u drvo može dovesti do ispuštanja iz debla u osobu koja stoji pored njega. Situacija s kuglastim munjama je kontradiktorna. Postoje različite preporuke, ali jednu od njih smatram opasnom. Opća preporuka u vezi s kugličnom munjom izgleda kao da je, s obzirom na opasnost, kuglasta munja veliki ljuti pas: ne morate je zadirkivati, ali morate se povlačiti polako i polako ─ temeljna stvar. Zašto sporo? U načelu, ovo je ispravan savjet, jer nagli pokret može stvoriti blagi iscjedak, koji će kugličnu munu približiti osobi. No, ponekad postoje preporuke da se uopće ne mičete! Ovo je čudan savjet, s obzirom na to da postoje brojni izvještaji o opasnosti od zračenja kuglične munje, a koji odgovaraju teškim ozljedama, do povraćanja tijekom promatranja, a to su vrlo velike doze zračenja, to je rizik od smrti.

Ukratko, želim reći da kuglasta munja ima svoje specifične poteškoće. S jedne strane, ne znamo koliko se rijetko ili često javlja kuglasta munja ─ to je zbog malog radijusa detekcije, kuglasta munja se zaista rijetko opaža. No, s druge strane, to je poznato već tisućama godina, a posljednjih stotinu godina podataka o kuglastim munjama sve je više, postoji mnogo vrlo zanimljivih publikacija, osobito o opasnosti kuglične munje. Jedna od najboljih knjiga do sada objavljenih je djelo Waltera Branda pod naslovom "Vatrena kugla" na njemačkom jeziku, 1923. Citirano je do danas. Nedavno je ova knjiga objavljena u malo dopunjenoj verziji na engleskom, a u našoj biblioteci sam pročitao njezin prijevod na ruski. Toplo preporučujem ovaj rad svima koji se zanimaju za takve prirodne pojave kao što je kuglasta munja.

Preporučeni: