Русский  English
Секрет шаровой молнии


    На протяжении более чем 2-х столетий исследователи во всем мире пытались раскрыть секрет загадочного атмосферного явления, называемого "Шаровая молния".
    Обширные сведения о Шаровой молнии представлены в монографии Дж. Барри "Шаровая молния и четочная молния". Из всего многообразия суждений о природе феномена не вызывает сомнений, что происхождение шаровой молнии тесно связано с линейной молнией, и местом ее зарождения является охлажденный разрядный канал, ионизированные частицы которого способны к поглощению электромагнитной энергии.
    Представляется следующий механизм образования шаровой молнии. При разряде линейной молнии, переносимой в канале электрический заряд генерирует тепловую и электромагнитную волны, мощности которых согласно уравнению энергетического баланса равны. (Л.А. Бессонов "Теоретические основы электротехники ч. 3") Энергия тепловой волны затрачивается на разогрев канала и высвечивается в момент его взрывного разрушения. Электромагнитная волна, после прохождения разрядного тока, от канала отделяется, и согласно первому уравнению Максвелла, излучается в виде расходящегося вихря магнитного поля.
    Казалось бы, что и ее энергия будет безвозвратно потеряна, но как оказывается есть путь для ее возвращения.
    Если рассматривать ионосферу и поверхность Земли, как две обкладки сферического резонатора, заполненного однородной изотропной средой, то вихрь магнитного поля, обогнув Земную поверхность, и отразившись в соответствующей точке другого полушария, может вновь вернуться к месту своего зарождения (Клайд Орр "Между Землей и космосом").
    Если к моменту возвращения вихря канал линейной молнии охладился и распался на фрагменты, то вихрь магнитного поля, сходясь на одном из них, вследствие интерференции "как бы" останавливается и, в результате электромагнитного взаимодействия поглощается ("вмораживается") в ионизированном объеме фрагмента. Свободные электроны, как наиболее легкие частицы при этом ориентируются вдоль силовых линий магнитного поля, и приобретая дополнительный индуцированный магнитный момент, преобразовывают магнитную энергию вихря в кинетическую энергию вращательного движения. Под действием сил магнитного притяжения, обратно пропорциональных радиусу, облако электронов будет сжиматься, а под действием сил электрического отталкивания, обратно пропорциональных квадрату радиуса, расширяться. При наличии сил инерции, облако электронов придет в пульсирующее движение. В момент торможения облако электронов будет излучать электромагнитную энергию, пропорциональную квадрату ускорения. (В. Пановский "Классическая электродинамика")
    Движение облака электронов описывается уравнением, выражающим второй закон Ньютона применительно к единице массы и заряда электрона. Уравнение дополнено силой вязкого трения, возникающего при излучении.

Уравнение Движения облака электронов

    Где r - радиус облака электронов, U - скорость, m - масса, q - заряд, &epsilon0 - постоянная электростатической индукции, &mu0 - постоянная электромагнитной индукции, С - скорость света в вакууме, Н - напряженность магнитного поля вихря, ni - объемная концентрация электронов в ионизированном фрагменте.
    Накопленная энергия шаровой молнии определяется по плотности магнитной энергии вихря, при условии ее полного поглощения в объеме фрагмента.

Уравнение Накопленной энергии шаровой молнии

    Истинные размеры шаровой молнии из-за пульсации размыты в пространстве и не видимы глазом (Дж. Барри "Шаровая молния и четочная молния", стр. 82). Видимый размер rv можно оценить по пиковой мощности излучения, и ионизационной прочности воздуха по формуле:

Уравнение Видимого размера шаровой молнии

    Где ΔE - энергия излучения за один период пульсации, Ei - потенциал ионизации одного из газов воздуха, Z0 - волновое сопротивление вакуума, tr - время излучения при торможении. Например, при средних значениях напряженности магнитного поля вихря H=10000 А/м, концентрации электронов ni=1020 м-3, и начальном радиусе r0=2 м, шаровая молния запасает энергию, E=4000 Дж, излучает красный свет, имеет видимый размер около 10 см, и время жизни 10-15 сек. Кроме основного излучения будет излучение в длинноволновом радиодиапазоне на частоте пульсации. Плотность вещества шаровой молнии (как видно) не отличается от воздушной. Всю необычность и непредсказуемость поведения шаровой молнии определяет ее пульсирующее электромагнитное поле. К другим возможным проявлениям схождения вихря магнитного поля в зависимости от состояния канала линейной молнии относятся: послесвечение канала, обратный (из-за переполюсовки) разряд, и если канал распался на цепочку фрагментов, четочная молния. Слышимые при повторных разрядах линейной молнии раскаты грома (резонанс Шумана), также связаны с временем обращения вихря, в резонаторе ионосфера "Земля". Паузу между прямым и обратным разрядом видно на глаз, когда молния высвечивается в виде зигзага.
    Появление шаровых молний во время пыльных и снежных бурь, в закрытых помещениях, и при ясной погоде связано с вихрем магнитного поля на обратной стороне земной поверхности, от места разряда линейной молнии, если там окажутся ионизированные частицы. Последнее обстоятельство особенно важно учитывать для безопасности воздухоплавания и проведения опасных работ. Феномен "Молнии Кататумбо (Catatumbo)" объясняется тем, что видимые ночью молнии без грома возникают при схождении вихрей магнитного поля в слабо ионизированном воздухе. В устье реки Кататумбо, впадающей в озеро Маракайбо, вихри приходят от разрядов молний над островом Ява, являющимся самым грозовым местом на планете и расположенным диаметрально противоположно. Исчезает шаровая молния, тихо угасая, при потери энергии на излучение. Быстрое ее исчезновение происходит при контакте с металлом и выделением теплоты Джоуля. Со взрывом шаровая молния исчезает, если в ее центре возникают экзотермические реакции. Анализ уравнения движения облака электронов показывает, что в точке схождения электронов реализуются условия для инициирования таких реакций, вплоть до ядерного синтеза. Все попытки воспроизвести шаровую молнию были обречены на неудачу, потому что ни одна из установок, генерирующий магнитное поле, не была волновой, но лишь сгущала поле и не могла образовывать сходящегося вихря. К успеху может привести только построение генератора, подобного естественному электромагнитному резонатору, Ионосфера - Земля.
    На рисунке изображен сферический конденсатор, генерирующий при искровом разряде расходящийся вихрь магнитного поля с вектором

Расходящийся вихрь магнитного поля с вектором

    Распространяясь вдоль сфер, как в волноводе, обойдя экватор, вихрь превращается в сходящийся

Cходящийся вихрь магнитного поля с вектором

    Его наложение на ионизированный воздух вызывает симметричное, без разогрева, сжатие (пинч-эффект) облака свободных электронов и превращение его в пульсирующий, динамически равновесный, автономный объект, называемый шаровой молнией (здесь К - консолидированное движение электронов, ВС - видимый след шаровой молнии).

Сферический конденсатор

© 2007-2014 Печенкин Борис Васильевич
bvpechenkin@mail.ru, телефоны 89049036196, (83130)64943