Почему возникает шаровая молния
Молния из розетки
Даже простые (линейные) молнии - не до конца изученное явление, шаровые же - истинная загадка даже при нынешнем уровне развития науки.
Мифы и легенды древности представляли шаровую молнию в самых разных обличьях, но чаще всего - в виде монстров с огненными глазами. Первые документальные свидетельства об этом явлении восходят еще к временам Римской империи. А в русских архивах оно впервые упоминается в 1663 году: в один из монастырей пришел "донос от попа Иванище" из села Новые Ерги, в котором сообщалось, что "...огнь на землю падал по многим дворам, и на путях, и по хоромам, аки кудели горя, и люди от него бегали, а он каташеся за ними, а никого не ожег, а потом поднялся вверх во облака".
Многочисленные очевидцы обычно так описывают шаровую молнию: яркий светящийся шар, несвязанный с каким-либо источником электроэнергии, перемещается как горизонтально, так и хаотично. В редких случаях молния "прилипает", например, к проводам и движется вдоль них. Нередко шар попадает в закрытое помещение через щель, меньше своего диаметра. Исчезает молния так же странно, как и появляется - может взорваться, а может просто погаснуть. Еще одна загадка ее в том, что представляя собой нагретый газ, молния не смешивается с окружающей атмосферой, а имеет довольно четкую границу "шара".
Молния живет примерно 10 секунд. При движении она часто издает негромкое потрескивание или шипение. А самыми распространенными ее цветами являются красный, оранжевый, желтый, белый и голубой. "Вообще цвет шаровой молнии не является ее характерным признаком и, в частности, ничего не говорит о ее температуре, а также и о составе. Вероятнее всего, он определяется наличием тех или иных примесей", - поясняет в своей книге, посвященной природе шаровых молний, доктор физико-математических наук Игорь Стаханов.
Световой поток от шаровой молнии в среднем сравним с тем, который испускает электрическая лампа.
Удивительным в шаровой молнии является то, что она почти совсем не излучает тепло. По мнению экспертов, людей вводит в заблуждение интенсивное свечение: человек видит "раскаленный" шар и чувствует тепло, которого на самом деле нет. Часто шаровая молния проходит на расстоянии 10-20 сантиметров от незащищенных одеждой частей тела, например от лица, не вызывая никаких последствий. Однако при прямом контакте с объектом повреждения все-таки возможны: случалось, шар вылетал в окно и прожигал при этом занавеску или оплавлял металлические предметы. Эти свидетельства, уверяют ученые, говорят лишь о возможности выделения значительной энергии, но отнюдь не о высокой температуре вещества самой молнии.
Изучение этого загадочного явления осложняется тем, что получить молнию в лабораторных условиях практически невозможно, хотя попытки предпринимались еще со времен Николы Теслы. По словам исследователей, в своей работе они зачастую могут опираться лишь на показания очевидцев, которых, кстати, немало. Только в России живут десятки тысяч человек, наблюдавших шаровую молнию воочию. При этом лишь небольшая часть свидетелей может рассказать о ее зарождении.
Иногда утверждают, что светящийся шар возникает в месте ветвления канала линейной молнии. Нередко он появляется из проводников - из телефонного аппарата, из щитка со счетчиками, из розетки (самый частый вариант, который описывают очевидцы) и так далее. Причем, искусственные шары возникают, так же как и естественные: там, где скапливаются значительные заряды, которые не могут нейтрализоваться. Подобный процесс, к примеру, происходит во время короткого замыкания.
"Медленное растекание этих зарядов приводит к коронированию или появлению огней святого Эльма, быстрое - к возникновению шаровой молнии", - поясняет Стаханов.
Итак, согласно исследованиям физиков, "шаровая молния представляет собой проводящую среду с плотностью воздуха, при температуре, близкой к комнатной. Его молекулы метастабильны и выделяют энергию, служащую источником излучаемого тепла и свечения".
Существует еще несколько любопытных теорий возникновения шаровой молнии. Так, ряд исследователей предполагает, что такая молния - это плазмоид, то есть объем, заполненный высокотемпературной плазмой, удерживаемой собственным магнитным полем. То же самое магнитное поле, которое мешает разлету частиц плазмы, может изолировать ее от окружающего воздуха и помешать быстрому рассеянию энергии. Противники этой идеи говорят: проблема шаровой молнии не имеет ничего общего с осуществлением управляемого термоядерного синтеза.
Ученые так же предполагают, что шаровая молния может состоять либо из нейтральных молекул в основном состоянии, либо из молекул, возбужденных на метастабильные уровни. Это - так называемая химическая гипотеза. Так, Борис Смирнов, выдающийся ученый в области атомной физики, предполагает, что энергия молнии заключена в озоне и выделяется при его разложении. Для получения более высоких концентраций озона по теории Смирнова требуется возбуждение кислорода током молнии.
Небесный огонь
Лучи полярного сияния охватывают все небо…. Невероятной красоты переливы никого не оставят равнодушными - даже опытные исследователи не перестают удивляться этому поразительному природному явлению. В Северном полушарии полярное сияние характерно для Канады, Аляски, Норвегии, Финляндии и полярной части Ямало-Ненецкого автономного округа. Можно наблюдать сияние и в Южном полушарии, например в Антарктиде, реже - в средних широтах.
Мифов об этом явлении - великое множество. Так, по легенде жителей тундры, северное сияние - это костер, который зажег орел в помощь дедушке и внуку, которые искали в кромешной тьме раненую на охоте собаку. Сияние освещает путь тем, кто хочет совершить доброе дело. В норвежской мифологии северное сияние - предвестник плохой погоды. А викинги отождествляли этот феномен природы с богом Одином.
Хотя привычнее звучит словосочетание "северное сияние", существует и южное полярное сияние. До недавнего времени считалось, что сияния у Южного и Северного полюсов являются идентичными. Но когда начали наблюдать его из космоса, обнаружилось, что по многим характеристикам - конфигурации, интенсивности, свечению - они различаются.
Источник сияния - солнечный ветер: поток заряженных частиц (по большей части, протонов и нейтронов), который солнце испускает в космос. Солнечные частицы входят в магнитосферу через полярные области Земли и, если заряд энергии достаточен, они проходят в атмосферу, где сталкиваются с атомами газов - так возникает свечение. На высоте примерно двухсот километров атомы кислорода светятся красным, а те, что ниже, - зеленым. Цвета полярного сияния зависят от участвующих в процессе его образования элементов. Так, азот будет светиться красноватыми или синеватыми оттенками.
14 февраля 2011 года на Солнце была зафиксирована сильная вспышка. Активность светила возросла. С международной космической станции было сделано несколько снимков, которые зафиксировали любопытные последствия этих вспышек - полярное сияние на нетипичной высоте 400 километров (при традиционной для свечения высоте 70-80 километров).
Северное сияние - это видимое проявление космической погоды: Солнце спокойно - сияний нет, появляются на Солнце пятна, или языки пламени, - жди на Земле огней. Несмотря на то, что природа этого природного явления достаточно хорошо изучена, человек до сих пор не научился со стопроцентной вероятностью предсказывать его возникновение.
Кстати, полярное сияние не только видно, но и слышно. Северные племена давно подметили, что в период, когда небо расцвечивается огнями, некоторые люди начинают вести себя странно: разговаривают с несуществующими собеседниками или полностью отрешаются от внешнего мира. Ученые объяснили этот феномен низкочастотными электромагнитными волнами, которые порождает северное сияние. Они излучаются в диапазоне 8-13 герц, что сродни бета и альфа ритмам головного мозга. Инфразвук человеческое ухо не воспринимает (шум дуги полярного сияния становится слышен только будучи увеличенным в 2 тысячи раз), но он может оказывать самые непредсказуемые воздействия на мозг и сердечнососудистую систему.
Несмотря на аргументированное объяснение, очевидцы, наблюдавшие полярное сияние, нередко говорят о том, что оно именно звучит - слышно что-то вроде шипения. Самое правдоподобное объяснение этому загадочному феномену, полагают ученые, это - взаимные помехи в мозге. Когда оптический нерв находится рядом со слуховым, между ними могут возникнуть взаимные помехи, и у человека появляется ощущение звука, когда на самом деле его не слышно.
Интересен тот факт, что полярные сияния могут происходить и на других планетах солнечной системы, имеющих атмосферу и магнитное поле: на Венере, Сатурне и Юпитере.
Смертоносная погода
По неизвестным пока причинам раз в три-семь лет пассаты вдруг ослабевают, нарушается баланс, и теплые воды западного бассейна устремляются на восток, создавая одно из самых сильных теплых течений в Мировом океане. На огромной площади на востоке Тихого океана, в тропической и центральной экваториальной частях, происходит резкое повышение температуры поверхностного слоя воды. Это и есть наступление Эль-Ниньо. Засуха и дожди, ураганы, смерчи и снегопады - главные его спутники.
Это метеорологическое явления, по мнению ученых, оказывает влияние практически на каждого жителя Планеты. Ученым понадобилось более сотни лет, чтобы понять истинную силу Эль-Ниньо.
Весной 1998 года на Южную Калифорнию обрушились проливные дожди, которые никак не прекращались. В это же время австралийский Квинсленд страдал от прямо противоположной проблемы - от небывалой засухи. И это - только два примера природных аномалий, охвативших мир в том году. От наводнений и последовавшей за ними холеры страдали Перу и Кения, массовые лесные пожары и густой смог вызвала засуха в Индонезии…. Погода словно вышла из-под контроля, но ученые были уверены: все это - звенья одной цепи. Тогда и было открыто явление, известное рыбакам тысячи лет, но доселе не рассмотренное с научной точки зрения.
Побережье Перу считается одним из самых богатых рыбой регионов. Однако с периодичностью в несколько лет в поверхностных водах возникает теплое течение, после чего характерная для здешних мест морская живность исчезает, начинаются дожди, на засушливых почвах буйно идут в рост травы. Это всегда происходит в одно и то же время года - примерно под Рождество. Поэтому загадочное явление получило название Эль-Ниньо, что в переводе означает "мальчик", а написание с заглавной буквы указывает на младенца Христа.
До 90-х годов XIX века перуанская аномалия не волновала мировые умы. Затем один британский ученый по имени Герберт Уолкер заинтересовался проблемой, существовавшей в самой крупной колонии империи - в Индии: здесь в 1877 году не было муссонных дождей. Голод унес 5 миллионов жизней. Снова трагедия повторилась в 1899 году. Британское правительство поставило перед ученым задачу спрогнозировать сезоны дождей. Уолкер выяснил, что все дело в атмосферном давленим: когда в центральной части Тихого Океана оно растет - в Индонезии и Северной Австралии оно опускается. И наоборот. Таким образом было доказано существование осцилляции (колебания свойств) в атмосферном давлении с периодичностью 3-5 лет.
Это был настоящий прорыв, но современники раскритиковали идею британца. Потребовалось полвека и немного удачи, чтобы открытие получило второе рождение.
В 1957 по программе ООН в Тихом Океане установили несколько бакенов для изменения колебания температуры. Как раз на этот год пришлось крупное Эль-Ниньо. Так, совершенно случайно, были получены уникальные данные об этом явлении. Ученые открыли, что изменения у побережья Перу носят не локальный характер, что в период Эль-Ниньо теплые слои воды из района Индонезии перемещаются по океану и достигают перуанского побережья, и наоборот.
В 1960-х норвежский ученый Якоб Бьеркнис, с 1940-го возглавлявший метеорологический департамент Калифорнийского университета, сотрудничал с комиссий по отлову тунца: изучал периоды активности рыб, их подверженность климатическим изменениям. Исследователь собрал все имеющиеся данные и впервые связал изменения температуры поверхностных вод с изменениями в атмосфере над Тихим Океаном.
В нормальных условиях теплые воды остаются в западной части Тихоокеанского бассейна, а пассаты дуют с востока на запад. Так вокруг Индонезии образуется зона низкого давления - образуются облака и осадки. Но при Эль-Ниньо картина прямо противоположная. Это смещение вызывает наводнение в Перу, засуху в Австралии и ураганы в Калифорнии.
Эль-Ниньо в силах изменить даже ход истории. Ученые нашли этому несколько подтверждений: когда из-за Эль-Ниньо зима в Европе выдалась суровой, голодающие крестьяне начали бунтовать - так началась Французская революция; в 1587-89 годах испанскую армаду победил вовсе не британский флот, а все тот же пресловутый Эль-Ниньо, изменив превалирующие направление ветра, наполнявшего паруса испанцев; даже в гибели "Титаника" обвиняют это погодное явление, создавшее необычно холодные условия на севере Атлантики.
Солнце-иллюзионист
Паргелий - это одна из форм гало, оптического феномена, при котором вокруг источника света образуется светящееся кольцо. Во время паргелия на небе наблюдается одно или несколько дополнительных лже-светил. Считается, что именно это явление наиболее часто принимают за НЛО. Действительно, внешне оно немного напоминает расхожие изображение летающих тарелок. В старину же гало, как и многим другим небесным явлениям, приписывалось мистическое значение знамений, чему известно множество летописных свидетельств из разных точек мира. Так, в "Слове о полку Игореве" рассказывается, что перед наступлением половцев и пленением Игоря "четыре солнца засияли над русской землей", что было воспринято как знак надвигающейся большой беды.
При гало солнце выглядит так, как будто его видно через большую линзу. На самом деле, это, скорее, эффект миллионов линз, в роли которых выступают ледяные кристаллы. Вода, замерзая в верхних слоях атмосферы, образует микроскопические плоские, шестиугольные кристаллы льда. Они постепенно опускаются на землю, при этом по большей части они ориентированы параллельно ее поверхности. Взгляд проходит через эту самую плоскость образованную кристаллами, преломляющими солнечный свет. При стечении благоприятных обстоятельств можно наблюдать ложные солнца: светило - в центре, и пара хорошо видных его двойников - по краям. Иногда при этом появляется светлый, слегка окрашенный в радужные тона круг, опоясывающий солнце.
Кстати, облака - не обязательное условие для появления гало. Его можно наблюдать и в чистом небе, если при этом высоко в атмосфере плавает много отдельных ледяных кристалликов. Так случается в морозные зимние дни при ясной погоде.
Вокруг солнца может появиться светлый горизонтальный круг, опоясывающий небо параллельно горизонту. "Специальные опыты, которые неоднократно проводили ученые, показывают: этот круг - результат отражения солнечных лучей от боковых граней шестигранных кристалликов льда, плавающих в воздухе в вертикальном положении. Лучи солнца падают на такие кристаллики, отражаются от них, как от зеркала. А поскольку это зеркало особенное, оно составлено из бесчисленной массы ледяных частиц и к тому же оказывается на какое-то время как бы лежащим в плоскости горизонта, то и отражение солнечного диска человек видит в той же плоскости. Получается два солнца: одно настоящее, а рядом с ним, но в другой плоскости - его двойник в виде большого светлого круга", - так объясняют феномен исследователи.
Гало может быть видно в форме столба. За этот эффект надо благодарить кристаллы льда, имеющие форму пластины. Их нижние грани отражают свет скрывшегося уже за горизонтом солнца, и вместо него видно некоторое время уходящую в небо от горизонта светящуюся дорожку - искаженное до неузнаваемости изображение солнечного диска. Проще говоря - это та же "лунная дорожка", которую можно наблюдать на морской глади, только в небе и порожденная солнцем.
Гало может быть и радужным. Такой круг возникает, когда в атмосфере - много шестигранных ледяных кристалликов, не отражающих, а преломляющих солнечные лучи как стеклянная призма. Большинство лучей рассеивается, но какая-то их часть, пройдя сквозь находящиеся в воздухе призмы и преломившись, доходит до нас, и мы видим радужный круг вокруг солнца. Радужный потому, что проходя через призму, белый световой луч разлагается на свои цвета спектра.
Любопытно, что гало часто наблюдаются в передней части циклонов (в перисто-слоистых облаках на высоте 5-10 километров их теплого фронта) что , следовательно, может служить признаком их приближения.
Солнце вообще богато на загадочные и красивые "поступки". К примеру, зеленый луч - редчайшее оптическое явление - представляет собой вспышку зеленого цвета, которая появляется во время исчезновения солнца за горизонтом (как правило, морским) или же появления его из-за горизонта. Обычно длится это всего несколько секунд. Чтобы увидеть зеленый луч, необходимо соблюдение трех условий: чистый воздух, открытый горизонт (на море без волнений или в степи) и сторона горизонта, где происходит восход или заход солнца, свободная от облаков.
Куда уходят камни
К востоку от хребта Сьерра-Невада в Калифорнии, на высохшем озере Рейстрэк-Плайя, раскинулся национальный парк Долина Смерти, обладатель титула самого сухого и горячего места в западном полушарии. Неоднозначным названием здешние места обязаны переселенцам, которые пересекали пустынную территорию в 1849 году, стремясь кратчайшим путем добраться до золотых приисков. Некоторые остались в долине навсегда…. Именно в этом зловещем месте был обнаружен редчайший геологический феномен - скользящие или ползущие камни.
Булыжники массой до тридцати килограммов непостижимым образом медленно двигаются по глинистому дну озера, что подтверждают дорожки, остающиеся за ними и имеющие протяженность до 250 метров. При этом каменные скитальцы ползут в разных направлениях, с разной скоростью и даже могут вернуться обратно к месту отправления. Следы, не шире 30 сантиметров и глубиной меньше 2,5 сантиметров, которые они оставляют, могут формироваться годами. Движение камней ни разу не удалось запечатлеть на камеру, но в существовании этого явления сомневаться не приходится.
Предсказуемо, что раньше феномен "объяснялся" влиянием неких сверхъестественных сил. Но в начале XX века к исследованию природы чуда приступили ученые. Сначала предполагалось, что движущей силой камней являются магнитные поля Земли. Сам механизм ученым толком объяснить не удалось. Как показала жизнь, теория была несостоятельной, хотя для своего времени она укладывалась в картину мира: электромагнитный подход к изучению тех или иных явлений тогда главенствовал в научных кругах.
Первые монументальные работы с описанием траекторий камней появились в конце 1940-1950-х, но еще годы и годы понадобились исследователям, чтобы приблизиться к разгадке феномена. Самой популярной была теория, утверждавшая, что менять местоположение камням помогает ветер. Глинистое дно Рейстрэк-Плайя - место "прогулки" - покрыто сетью трещин и почти все время остается сухим, растительность здесь крайне скудная. Иногда все же почва здесь увлажняется за счет редких осадков, сила трения уменьшается, и сильные порывы ветра сдвигают камни с "насиженных мест".
У теории появилась масса противников, но наиболее аргументированное опровержение ей нашли лишь в 1970-х американские ученые Роберт Шарп и Дуайт Кэри. За годы изучения этой пустынной местности и наблюдения за камнями они пришли к выводу, что одного ветра тут недостаточно и предположили (и даже доказали опытным путем), что ветер толкал не столько сами камни, сколько куски льда, которые образуются на них, увеличивают площадь контакта с атмосферой и заодно облегчают скольжение.
В 1993 году профессор из университета Сан-Хосе Пола Мессина для изучения движения камней использовала возможности системы GPS. Она изучила изменение координат 162 валунов и выяснила, что на их движение влияет то, в какой части Рейстрэк-Плайя они находятся. Согласно созданной модели, ветер над озером после бури разделяется на два потока, что связано с особенностями геометрии гор, окружающих Рейстрэк-Плайя. Камни, локализующиеся по краям озера, перемещаются в разных, практически перпендикулярных, направлениях. А в центре ветры сталкиваются и закручиваются в своего рода торнадо, заставляя также вращаться и камни.
Правда, пока не существует внятного объяснения того любопытного факта, что одни камни по пустыне ползают, а другие - нет. Если на все булыжники в равной мере влияют вихри ветра, почему не все они двигаются? Это еще предстоит выяснить.