Guľový blesk - hlavné tajomstvo atmosférickej elektriny

Guľový blesk - hlavné tajomstvo atmosférickej elektriny
Guľový blesk - hlavné tajomstvo atmosférickej elektriny
Anonim

Guľový blesk vyzerá ako svetelná guľa, ktorá sa zvyčajne vyskytuje počas búrky. Často taký predmet visí alebo sa pohybuje vo viac -menej fixnej výške nad zemou. Guľový blesk niekedy exploduje, keď narazí do predmetu alebo bez zjavného dôvodu. Je pozoruhodné, že na svete stále neexistuje všeobecne uznávaná fyzikálna teória vysvetľujúca povahu guľového blesku.

Elektrické javy v zemskej atmosfére, napriek storočiam výskumu, zostávajú do značnej miery zle pochopené. Guľový blesk je pravdepodobne jednou z najväčších záhad, a to už od samotného faktu ich existencie, hovorí doktor fyzikálnych a matematických vied, vedúci výskumu v sektore teórie pevných látok vo Fyzikálno-technickom ústave pomenovanom po I. I. A. F. Ioffe RAS Michail L. SHMATOV. V rozhovore vedec hovoril o najzaujímavejších problémoch spojených s guľovým bleskom.

─ Je pravda, že do roku 2012 nebola vedecká komunita presvedčená o tom, že guľový blesk skutočne existuje, a až po senzačnom pozorovaní čínskych vedcov, ktorí v takom blesku objavili železo, kremík a vápnik, začali hovoriť o guľovom blesku ako o skutočnom objekte ? Predtým dokonca existovali dokonca návrhy, že guľový blesk je druh halucinácie spôsobenej vplyvom magnetických polí z niektorých bežných bleskov?

─ V roku 2012 sa nestalo nič zásadne nové; čínski vedci na základe svojich pozorovaní nepredložili žiadne revolučné údaje. Otázkou zostáva: pozorovali guľové blesky? Čínski vedci s najväčšou pravdepodobnosťou (a to je uvedené v našom spoločnom prehľade s profesorom Karlom Stefanom z University of Texas v San Marcos) [1] videli dôsledky obyčajného úderu blesku do elektrického vedenia. Niekedy sa verí, že v guľovom blesku zistili prítomnosť nečistôt železa, vápnika a kremíka. Registrácia spektrálnych čiar týchto prvkov je však pravdepodobne len dôsledkom dopadu bežného bleskového výboja na elektrické vedenie a zem, prípadne na niektoré efekty súvisiace so skutočnosťou, že tento výboj vyvolal skrat elektrického prúdu. riadok. Pripomeniem, že to všetko bolo v blízkosti elektrického vedenia, čo znamená, že mohlo dôjsť k skratu k zemi, čo viedlo k takýmto následkom.

Z hľadiska toho, ako ľudia vnímajú guľové blesky, je však situácia skutočne zložitá. Mnoho ľudí sa zaujíma o guľové blesky, ale existujú plazmoví fyzici, ktorí o tomto objekte nič nevedia. Toto je aktuálna situácia.

Ak hovoríme o halucináciách, potom sa verí, že v niektorých prípadoch môžu ľudia vidieť nejaké žiariace škvrny v dôsledku pôsobenia veľmi jasného záblesku svetla z bežného blesku. Existovala aj práca, ktorá pravdepodobne pôsobila, že magnetické polia z bežného blesku pôsobia priamo na mozog a vytvárajú optické ilúzie komplexnejšieho pôvodu.

Existuje veľké množstvo svetelných predmetov s dlhou životnosťou, ktoré je možné zameniť za guľový blesk. Nádherný príklad, o ktorom sa diskutovalo vo vedeckej literatúre: v niektorých prípadoch si dokonca aj vtáka žijúceho v dutine možno mýliť s guľovým bleskom! Vtáka je možné zafarbiť hnijúcim drevom a hnijúce drevo za určitých podmienok žiari.

Verím, že v prípade spomínaného pozorovania čínskych vedcov, ktorého výsledky boli publikované v ich článku, je situácia zhruba rovnaká: mohli vidieť dôsledky jednoduchého úderu blesku, a nie guľového blesku.

Áno, stále existujú tí, ktorí stále nevedia o guľových bleskoch, rovnako ako tí, ktorí veria, že ide o optický klam, ale dnes je už isté: guľové blesky existujú. A vieme to najmä z mnohých správ o ničivých účinkoch spôsobených takýmto bleskom.

─ Stále neexistuje zhoda v tom, z čoho sa guľové blesky skladajú. Aká je vaša verzia?

─ Máte pravdu, existujú iba rôzne hypotézy a modely. Verím, že guľový blesk pozostáva z elektrónov a takmer úplne ionizovaných iónov (v skutočnosti jadier) prvkov, ktoré tvoria vzduch, to znamená, že v ňom nie je potrebná zásadná prítomnosť kremíka a ďalších prvkov uvedených vyššie.

Môj model je založený na predpoklade, že hlavnou časťou guľového blesku je jadro pozostávajúce z takmer úplne ionizovaných iónov a elektrónov, ktoré navzájom kmitajú (približne oscilujú). Ukazuje sa, že elektróny kmitajú vzhľadom na ióny. Jonah sa tiež pohybuje. K pohybu elektrónov dochádza hlavne v radiálnom smere, situácia s iónmi je komplikovanejšia a závisí od konkrétnych parametrov jadra. Jadro je plazmový oblak, podobný plazmovým oblakom, ktoré vznikajú pri niektorých experimentoch pri laserovej termonukleárnej fúzii a pri jadrových výbuchoch v atmosfére (aj keď existujú aj iné dôvody pre výskyt oscilácií). Iní vedci uvažovali aj o modeloch s osciláciami, ale ja som jediný, kto dokázal v rámci takéhoto modelu vysvetliť životnosť a energetiku guľového blesku.

Referencie. Ionizácia v tejto situácii je vytiahnutie jedného alebo viacerých elektrónov, úplná ionizácia všetkých, to znamená, že plne ionizovaným iónom prvku je jeho atómové jadro.

Image
Image

─ Guľový blesk je známy už tisíce rokov. Prečo ešte stále nebolo možné jednoznačne stanoviť ich povahu?

─ Domnievam sa, že jedným z hlavných problémov je nedostatok dostatočne rozsiahleho a dobre financovaného výskumu v tejto oblasti.

V šesťdesiatych rokoch minulého storočia sa v USA uskutočnil dôležitý výskum guľových bleskov. Výsledkom je vynikajúca kniha Stanleyho Singera The Nature of Ball Lightning. Tieto práce boli vykonávané počas vojny vo Vietname a maximálnou úlohou bolo „vydesiť peklo z Vietkongu“, ktorý sa naučil po Singerovej smrti. Teraz však pred takýmito úlohami nikto nestojí, a preto je záujem o guľový blesk mierny. Navyše veľká zložitosť a nedostatok zjavnej aplikovanej hodnoty mnohých desí.

Myslím si však, že štúdium guľového blesku má pre fyziku plazmy veľký politický význam, pretože v súčasnosti existuje problém výroby energie a ako iste viete, jedným zo sľubných riešení je riadená termonukleárna fúzia.

Postavenie mnohých vedcov v oblasti riadenej termonukleárnej fúzie je nasledujúce: ak je alokovaných dostatok peňazí, ľudstvo dostane tento zdroj energie, pretože fyzike plazmy je dobre rozumené. Niekto sa však môže opýtať: prečo si vôbec myslíš, že rozumieš fyzike plazmy? Vyriešili sme jeden problém, druhý je dobrý. Existuje však taký prírodný jav ako guľový blesk. Je známy už tisíce rokov, je spojený s plazmou, ale ešte nebol úplne objasnený. A kým si nevysvetlíme guľový blesk, len ťažko môžeme povedať, že fyzike plazmy je dobre rozumené.

─ Plazma, pokiaľ viem, je považovaná za najmenej študovaný stav hmoty …

─ Ťažká otázka. Verím, že niekoľko aspektov v tejto oblasti bolo študovaných veľmi dobre. Ak by fyzika plazmy nebola dobre študovaná, neexistovali by predovšetkým žiadne vodíkové bomby. Nič nešetrili. A tu sú a vo všeobecnosti poskytujú mierové spolužitie na planéte.

─ Je možné v laboratóriu vytvárať guľové blesky?

─ Povedal by som, že na túto otázku neexistuje priama odpoveď. A bolo by správnejšie hovoriť o vytvorení guľového blesku ani nie tak v laboratóriu, ako na testovacom mieste. Prečo? Je známe, že guľový blesk je prejavom aktivity búrky v atmosfére a vo všeobecnosti v búrke v niektorých prípadoch existuje obrovský potenciál. Potenciálny rozdiel medzi rôznymi bodmi oblaku alebo medzi niektorým bodom v oblaku a zemou môže byť stovky miliónov voltov. Za určitých podmienok sa dokonca môžeme dostať do rozsahu niekoľko stoviek miliónov voltov a možno dokonca až niekoľko miliárd. Preto je lepšie vykonávať prácu v polygónových podmienkach.

Existuje mnoho pokusov o obnovu guľového blesku v laboratóriu. Doteraz to neprinieslo žiadne presvedčivé výsledky. A či je to v zásade možné alebo nie, nemôžem povedať. V rámci môjho modelu je lepšie pracovať na skládke. Podobné experimenty boli vykonané v USA najmenej dvakrát - s pokusom použiť blesk, iniciované raketami, ktoré za sebou ťahali drôt. Ale, ako viete, vypustenie rakety je vážna vec. Tieto experimenty prebiehali na špeciálnych cvičiskách, najmä na základni Národnej gardy. Tento druh výskumu je veľmi nákladný a nebezpečný podnik, pretože raketa môže v prípade neúspešného štartu zostreliť aj lietadlo a v každom prípade, ak sa nedodržia bezpečnostné opatrenia, môže vás zasiahnuť začatý blesk.

Experimenty bez použitia rakiet s použitím konvenčného blesku sú tiež celkom možné. Existuje veľké množstvo správ o podmienkach pozorovania guľového blesku. Môžete napríklad reprodukovať toto nastavenie a čakať na normálny úder blesku. Je ľahké obnoviť atmosféru vzhľadu guľových bleskov, ale teraz sa nebudem zaoberať tým, ako sa to dá presne urobiť. Pri neraketových experimentoch sú dôležité aj vysoké náklady a bezpečnosť.

Image
Image

- Náš krajan, laureát Nobelovej ceny Pyotr Kapitsa, sa zaoberal problémami s guľovým bleskom. Napísal, že guľový blesk sa kvôli svojej vzácnosti takmer nehodí k systematickému štúdiu. Čo si o tom myslíš?

- A tu spravidla nie je jasné, ako vzácny je tento jav. Verí sa, že pre osobu žijúcu v strednom pásme bývalého ZSSR je pravdepodobnosť stretnutia s guľovým bleskom počas celého života asi 5%. To nie je veľa. Ale v Spojených štátoch v roku 1963 sa uskutočnil zaujímavý prieskum: Zamestnanci NASA sa pýtali, ako často videli guľové blesky a ako často videli blízky zásah obyčajného blesku. Počet oboch sa ukázal byť porovnateľný, čo znamená, že je veľmi ťažké vážne hovoriť o pravdepodobnosti vzniku guľového blesku pri bežnom vybíjaní. Guľové blesky majú krátky dosah detekcie. Navyše počas búrky spravidla všetci rozvážni ľudia, pokiaľ je to možné, sedia vo vnútri. Jednoduchý blesk je zároveň viditeľný na veľké vzdialenosti, pretože je veľký a jasný a zvuk z neho je silný. Je celkom možné, že frekvencia generovania guľového blesku prirodzenými výbojmi je porovnateľná s frekvenciou bežného blesku. Guľový blesk možno jednoducho neuvidíme.

Pokiaľ ide o skutočnosť, že guľový blesk sa pozoruje bez ohľadu na dôvody, je zriedkavý, nepovažujem to za významnú prekážku výskumu, pretože bolo nahromadené a publikované obrovské množstvo pozorovacích údajov. Zároveň je určite nemožné dôverovať všetkým správam.

Počet ľudí, ktorí sa ocitnú v krátkej vzdialenosti od bežného úderu blesku, je porovnateľný s počtom ľudí, ktorí niekedy sledovali guľové blesky. Mimochodom, piloti videli dosť veľa ohnivých gúľ. Túto otázku veľmi starostlivo študoval I. M. Imyanitov je vynikajúci výskumník atmosférickej elektriny. Prišiel na to, že guľový blesk sa v oblakoch vyskytuje stokrát častejšie ako v nízkych výškach.

Image
Image

─ Mimochodom, v akej výške sa zvyčajne pozorujú guľové blesky?

─ Guľový blesk má jednu veľmi zaujímavú vlastnosť ─ že veľmi často visí alebo sa pohybuje v pevnej výške, napríklad v oblasti metra alebo jeden a pol metra nad zemou. A to je vlastne veľmi netriviálna skutočnosť, pretože je evidentne ovplyvnená gravitačnou silou aj archimedovskou silou. Ukazuje sa, že guľový blesk je dosť ľahký. A zdá sa, že ak je guľový blesk ťažší ako vzduch, mal by spadnúť a ak je ľahší ako vzduch, mal by vzlietnuť. Guľový blesk, aspoň v niektorých prípadoch, má elektrický náboj, ktorý ovplyvňuje jeho pohyb. Je to však samostatná a veľmi zložitá otázka, takže sa teraz nebudeme zaoberať podrobnosťami. Guľové blesky boli vo všeobecnosti pozorované priamo na zemi alebo na podlahe priestorov a v spomínanej výške meter a pol a vo výške niekoľko kilometrov.

─ Ako dlho žijú guľové blesky?

─ Životnosť guľového blesku je jedným z najlepšie zaznamenaných parametrov. Dolná hranica je niekoľko sekúnd. Regionálne črty guľového blesku sú zrejme dôležité, pretože výsledky prác napísaných v rôznych krajinách udávajú na celý život mierne odlišné hranice. Dá sa bezpečne povedať, že guľový blesk môže určite žiť niekoľko sekúnd. Ale s hornou hranicou je otázka veľmi ťažká. Existujú napríklad publikované údaje o pozorovaní M. T. Dmitriev [3]. Ohnivú guľu videl asi minútu a pol. Pravdepodobne môžeme povedať, že v nízkych nadmorských výškach môžu guľové blesky žiť najmenej tri minúty. V literatúre sa tiež uvádzajú správy, že guľový blesk žil až 15 minút. Ale viem len o jednej alebo dvoch správach tohto druhu.

Okrem toho existuje veľmi zákerný efekt podobný vzhľadu ako guľový blesk, ─ to sú svetlá svätého Elmo na lietajúcom koncentrátore elektrického poľa. Ak máme dostatočne silné pole a polia pod mrakmi (a v nich) môžu mať rádovo kilovolt na centimeter a existuje nejaký predmet alebo predmety, napríklad roj chrobákov, potom môže žiariť objaviť sa na týchto chrobákoch alebo iných objektoch. Vedci túto otázku špeciálne skúmali. Zistilo sa, že je veľmi ťažké rozoznať guľový blesk od svetiel svätého Elma na veľkú vzdialenosť, aj keď koncentrátor elektrického poľa neletí.

─ Pozorovali ste niekedy guľový blesk?

─ Nie.

─ Chceli by ste?

─ Nie veľmi. Faktom je, že v rámci môjho modelu, ak máte úplnú smolu, môžete na diaľku, v jedinečných prípadoch, desiatky metrov spôsobiť vážne poškodenie žiarením vrátane smrteľného. Guľový blesk je pre ľudí veľmi nebezpečný.

Veľmi zaujímavý príbeh, ktorý vyzerá polo fantasticky, ale je dobre zdokumentovaný a popísaný v časopise Journal of Technical Physics v roku 1981 [5], sa odohral v Chabarovsku, kde guľový blesk roztavil 440 kilogramov pôdy. Vyzerá to ako strašná rozprávka, ale veľmi vážne štúdie o tejto pôde boli vykonané na Ústave jadrovej fyziky Moskovskej štátnej univerzity a ďalších vedeckých organizáciách. Najmä z pokusov reprodukovať trosku približne rovnakého zloženia bolo zrejmé, že tavenie bolo spôsobené buď rádiovými vlnami alebo tvrdým žiarením, tj. Žiarením gama, a čo presne ─ neexistuje konečný záver.

Guľový blesk je tiež nebezpečný pre technológiu, najmä kvôli svojej schopnosti ovplyvňovať činnosť elektrických obvodov. Stará literatúra i relatívne moderné príbehy opisujú, keď guľové blesky zapínali elektrické žiarovky. V zásade môže vyraziť elektroniku [6], ale napríklad pre moderné lietadlo je vyradenie elektroniky veľmi zlá udalosť. Existujú správy, že piloti vojenských lietadiel sa dokonca museli katapultovať kvôli poškodeniu lietadla guľovým bleskom [7], ale aké boli konkrétne mechanizmy poškodenia, neviem.

─ Guľový blesk je vždy spojený s bežným bleskom, alebo sa môže vyskytnúť nezávisle od neho?

─ V niektorých prípadoch môže byť narodenie guľového blesku spojené s konkrétnym obyčajným bleskom, existujú však aj prípady, keď obyčajný blesk nepredbehol narodenie guľového blesku. Existujú správy o pozorovaní guľových bleskov za jasného počasia.

- Vaše práce sa venujú aj radiačnému riziku guľových bleskov. Ako skutočná je táto hrozba?

─ Mám záujem o radiačné nebezpečenstvo guľových bleskov a atmosférickú elektrinu všeobecne. V minulosti a predvlani som publikoval dva články [8, 9], kde som v rámci svojho modelu guľových bleskov vysvetlil niektoré parametre tokov gama žiarenia zaznamenaných v jednom prípade v Japonsku [10], a v r. druhý v Arménsku [11].

Asi od roku 1980 je skutočnosť o vytváraní röntgenového a gama žiarenia v búrkach jasne stanovená. Existujú krátke, dostatočne silné impulzy a dlhé toky gama žiarenia trvajúce napríklad sekundy alebo minúty, ako aj udalosti, ktoré je možné interpretovať ako generovanie veľkého počtu impulzov. Otázka, aký je charakter dlhodobých impulzov, je otvorená.

Existujú správy o pozorovaní nielen guľového blesku, ale aj celých skupín guľových bleskov [4]. V Arménsku sa na stanici Aragats okrem iného vykonáva pozorovanie viditeľného svetla, ktoré pochádza z mrakov. V roku 2019 bol uverejnený článok A. Chilingaryana [11] s kolegami o tom, ako videli gama žiarenie a skupinu žiarivých škvŕn. Ponúkli nejaké vysvetlenie, odkiaľ pochádzajú svetelné body, asi 10 kusov. Pripúšťam, že mohli vidieť skupinu guľových bleskov [9].

─ Môžu existovať aj skupiny ohnivých gúľ?

─ Áno. Podobné udalosti sú zriedkavé, ale stávajú sa. Existujú zdokumentované príbehy pilotov, ktorí v núdzových situáciách, ako napríklad núdzové pristátie na letisku cez búrku, videli v oblakoch desiatky ohnivých gúľ [4]. Opakujem, že pravdepodobnosť stretu s guľovým bleskom v oblaku je asi stokrát väčšia ako v našich bežných výškach, teda na úrovni zeme a niekoľko metrov nad ňou [2].

Vo všeobecnosti sa o radiačnom nebezpečenstve guľových bleskov prvýkrát vážne diskutovalo v roku 1962. Predtým, v roku 1886, mala spoločnosť Scientific American (teraz časopis a staré čísla vyzerajú ako noviny) jedinečnú publikáciu, ktorá opisovala príbeh o tom, ako rodina vo Venezuele pozorovala vo svojom dome jasné svetlo a zároveň cítila konkrétne zápach (správy z guľových bleskov niekedy uvádzajú zápach ako horiaci čierny prášok alebo síru). Ľudia sa začali modliť v domnení, že nastal koniec sveta (úplne prirodzený predpoklad pre 19. storočie a pre rehoľnú rodinu), ale táto činnosť bola prerušená zvracaním. V budúcnosti sa ľuďom na koži vytvorili pľuzgiere, z ktorých sa stali vredy, a začali im vypadávať vlasy. Ako to vyzerá, ak nie zo žiarenia? Túto skutočnosť navyše možno len ťažko považovať za falšovanie, pretože bola popísaná pred objavením prirodzenej rádioaktivity, ako aj pred vytvorením zdrojov röntgenového žiarenia, a ešte viac pred vytvorením silných zdrojov ionizujúceho žiarenia. O 90 rokov neskôr Eugene Garfield interpretoval tento incident ako možné poškodenie žiarením ohnivou guľou.

Rosalyn Krysik zaznamenal ďalší zaujímavý efekt: k skleneným dverám preletela guľka blesku a sklo žiarilo. Nebol to odraz, pretože blesky boli modrasté a žiara bola žltá. Následne Karl Stefan a jeho kolegovia vykonali sériu experimentov a ukázalo sa, že podobný účinok môže byť spôsobený pôsobením ultrafialového alebo tvrdšieho žiarenia [1].

─ Môže aj obyčajný blesk predstavovať nebezpečenstvo žiarenia?

─ Áno. Zistilo sa, že určité množstvo obyčajného blesku (koľko je neznáme, približne od 0,01% do 1%) generuje prúdy tvrdého žiarenia. Zvláštne je, že tieto prúdy sú jasne viditeľné zo satelitov, pretože žiarenie interaguje so vzduchom - je jednoducho absorbované a rozptýlené, rozptyl vedie k zníženiu energie fotónov. Intenzita klesá so zvyšujúcou sa vzdialenosťou a v situácii, keď prakticky nedochádza k absorpcii a rozptylu, jednoducho kvôli tomu, že na väčšiu plochu padá rovnaký počet kvant. Významnejší účinok je však pozorovaný v pomerne hustej atmosfére - to je rozptyl a absorpcia gama a röntgenového žiarenia vzduchom. Preto sa ukazuje, že ak je búrka vo výške niekoľko kilometrov a najmä vyššie, je ľahšie vidieť tvrdé žiarenie zo satelitu ako zo zeme.

─ Michail Leonidovič, povedz nám na záver, ako sa môžeš chrániť, keď sa stretneš s guľovým bleskom? Čo sa dá a nemôže urobiť?

─ Platia tu rovnaké bezpečnostné pravidlá ako pri stretnutí s obyčajným bleskom. Mnoho ľudí napríklad vie, že počas búrky nemôžete stáť pod stromami - zásah blesku do stromu môže viesť k výboju z jeho kmeňa do osoby stojacej vedľa neho. Situácia s guľovým bleskom je rozporuplná. Existujú rôzne odporúčania, ale jedno z nich považujem za nebezpečné. Všeobecné odporúčanie týkajúce sa guľových bleskov vyzerá tak, že pokiaľ ide o nebezpečenstvo, guľový blesk je veľký nahnevaný pes: nemusíte ho dráždiť, ale musíte pomaly a pomaly ustupovať - zásadná vec. Prečo pomaly V zásade je to správna rada, pretože náhly pohyb môže spôsobiť mierny výboj, ktorý prinesie guľový blesk bližšie k človeku. Niekedy však existujú odporúčania, aby ste sa vôbec nehýbali! Je to zvláštna rada, vzhľadom na to, že existuje množstvo správ o radiačnom nebezpečenstve guľových bleskov a zodpovedajúcich vážnym zraneniam až po zvracanie počas pozorovania, a to sú veľmi veľké dávky žiarenia, predstavuje riziko smrti.

Keď to zhrniem, chcem povedať, že guľový blesk má svoje vlastné špecifické ťažkosti. Na jednej strane nevieme, ako zriedkavo alebo často sa vyskytuje guľový blesk ─ je to kvôli malému polomeru detekcie, guľový blesk je skutočne zriedkavo pozorovaný. Ale na druhej strane je to známe tisíce rokov a posledných sto rokov údajov o guľových bleskoch je stále viac a viac, existuje veľa veľmi zaujímavých publikácií, najmä o nebezpečenstve guľových bleskov. Jednou z najlepších doposiaľ vydaných kníh je dielo Waltera Branda s názvom „Fireball“v nemčine, 1923. Je citovaný dodnes. Nedávno táto kniha vyšla v mierne doplnenej verzii v angličtine a v našej knižnici som čítal jej preklad do ruštiny. Vrelo odporúčam túto prácu každému, koho zaujímajú také prírodné úkazy, ako je guľový blesk.

Odporúča: