Гипотезы о составе шаровой молнии

Анализ имеющихся научных гипотез о составе шаровой молнии делит их на две части. В одной из них шаровая молния представляет собой некоторое автономное физическое тело, устроенное особым образом. А в другой - это некоторый процесс, связанный с окружающей средой и непрерывно черпающий оттуда энергию.

В пользу первого подхода говорит как автономная форма шаровой молнии, не связанной никакими каналами с возможными источниками энергии,так и характер ее движения, в ряде случаев частично или полностью экранирующий ее от возможных источников энергии по мере движения вдоль траектории. Это, конечно, если не привлекать для объяснения темную энергию или инопланетных пришельцев.

Происхождение шаровой молнии в подавляющем числе случаев происходило после разряда линейной молнии, образующей в канале своего движения большое число ионов. Вместе с тем, плотность шаровой молнии одного порядка с плотностью воздуха, что позволяет накопить эти ионы в количестве, достаточном для последующей постепенной рекомбинации (т.е. реакции положительных и отрицательных ионов) с высокой удельной энергией в видимом и ультрафиолетовом диапазоне. Но в обычных условиях время рекомбинации ионов имеет порядок 10-10 -10-11 с. Какие причины могут помешать такому скоротечному слиянию ионов разных знаков, как известно, притягивающихся друг к другу с большой силой?

В работе [3] была выдвинута гипотеза о гидратации таких ионов, то есть «обли- пании» ионов молекулами воды. Дело в том, что молекулы воды (Н20) и их кластеры представляют собой электрические дипольные образования (Рис. 2), прилипающие как к положительным, так и отрицательным ионам. В принципе, как предполагает И.П. Стаханов, ионы разных знаков оказываются изолированными друг от друга на значительный период времени порядка 10-1 - 10+1 с. С нашей точки зрения, одни лишь молекулы воды вряд ли могут обеспечить длительную изоляцию ионов. Дело в том, что имеющиеся водородные связи допускают быстрый обмен электронами, что характеризуется проводимостью воды как в жидком, так и кристаллическом виде [8]. Поэтому в ходе вычислительного эксперимента мы привлекаем молекулы озона (05) и двуокиси азота (N02) (Рис. 3) в качестве строительного материала. Эти газы в обилии появляются во время близкого прохождения шаровой молнии и особенно после ее взрыва. Но гипотетически они обычно связываются с последствиями энергетического воздействия шаровой и линейной молний на воздух [2, 4], состоящий на 99% из молекул азота (N2) и кислорода (02). Мы же использовали полярные молекулы (т.е. обладающие дипольным моментом) озона и двуокиси азота для моделирования оболочки шаровой молнии. В случае извержения вулканов к этим молекулам следует добавить двуокись серы (S02), в обилии появляющейся во время извержений. Все три полярных молекулы обладают уголковой структурой со смещенным расположением электронных оболочек вдоль оси симметрии, приводящей к дипольному эффекту. Так что в нашей модели молекулы молекулы озона и двуокиси азота играют роль не столько последствий шаровой молнии, сколько составляющего ее материала. Кроме того, шарнирное строение комплексов, составленных из них (рис. 3), обеспечивает гибкость оболочки шаровой молнии в отличие от однородных соединений, приводящих к более жестким кристаллическим структурам (например, льдинкам и снежинкам, состоящим только из молекул воды).

Итак, гипотетически гибкая оболочка шаровой молнии состоит из разноименных ионов, разделенных между собой полярными молекулами двух и более видов, что обеспечивает ее достаточную гибкость и запас энергии в разделенных ионах. За счет улетучивания газообразных компонент из оболочки постепенно происходит рекомбинация ионов разных знаков, вызывающая свечение шаровой молнии. Объем шаровой молнии достигается наличием избыточного отрицательного заряда (преобладанием числа отрицательных ионов по сравнению с положительными). Ввиду отталкивания этих ионов друг от друга оболочка шаровой молнии растягивается. С математической точки зрения шаровая форма приводит к наименьшему равномерному растяжению при фиксированном избыточном заряде. Такая форма и дала название этому виду молнии. Вместе с тем, другое начальное расположение зарядов в исходном малом объеме может давать при растяжении эллиптические и грушевидные формы,такие как диски.

Молекула воды (Н0) и кластер из пяти молекул, объединенных водородными связями между атомами водорода и кислорода, обладающие дипольным моментом

Рис. 2. Молекула воды (Н20) и кластер из пяти молекул, объединенных водородными связями между атомами водорода и кислорода, обладающие дипольным моментом

Молекулы озона (О), двуокиси азота (NО) и двуокиси серы (SO) уголкового строения, обладающие дипольным моментом; а также молекула 0 + N0

Рис. 3. Молекулы озона (О), двуокиси азота (NО) и двуокиси серы (SO) уголкового строения, обладающие дипольным моментом; а также молекула 03 + N02

Именно избыточный отрицательный заряд в значительной мере определяет движение шаровой молнии. Дело в том, что поверхность земли обладает отрицательным зарядом [6, 7]. Поэтому отталкивание избыточного заряда шаровой молнии от земли компенсирует небольшую силу тяжести такого образования, средняя плотность которого хоть и незначительно, но превышает плотность воздуха. При фиксированном заряде и постоянном весе этот шар должен находиться на высоте, определяемой локальной величиной заряда поверхности земли (Рис. 4).

Но если величина локального заряда поверхности меняется со временем или по пространству, то шар будет следовать вдоль траекторий, минимизирующих потенциальную энергию с учетом текущих потерь его веса и заряда. Причем именно эта комбинация двух разнонаправленных сил (веса и отталкивания зарядов) является определяющей до такой степени, что шаровая молния может входить в контакт со стеклом [1], мешающим ее движению, прожигает его и просачивается через воронку. При движении шар обычно обходит предметы, несущие избыточный отрицательный заряд, например, за счет проводимости влагой от земли. Но при достижении незначительного расстояния до какого-либо хорошего проводника избыточный отрицательный заряд может индуцировать положительный заряд в проводнике и тогда происходит быстрое сближение с ним, сопровождаемое взрывом и повреждением проводника в месте контакта.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >