Що таке кульова блискавка?

Всім відомо, що кульова блискавка – це куля, що світиться, який виникає в грозову погоду, має в діаметрі близько 30 сантиметрів і може рухатися по непередбачуваною траєкторією протягом декількох десятків секунд.

Але насправді фізики досі не знають, що ж таке кульова блискавка. Складність її вивчення полягає в тому, що неможливо зрозуміти, де і коли вона з’явиться. Її неможливо відтворити в лабораторних умовах, і тому доводиться спиратися тільки на свідчення очевидців.

Існує більше 400 теорій, що описують кульові блискавки. Серед них є такі, як підступи диявола, підступи інопланетян, маленькі світяться феї, галюцинації. Давайте їх відкинемо і розглянемо лише найосновніші.

Одну з гіпотез запропонував Петро Леонідович Капіца, радянський фізик, нобелівський лауреат. У ній стверджується, що кульова блискавка з’являється в пучности стоячій електромагнітної хвилі, яка виникає в результаті грозової активності. Дійсно, якщо хвиля падає на поверхню, то при відображенні гребені хвиль можуть наложиться один на одного, і тоді виникне стабільна, що не змінюється в часі, так звана стояча хвиля. У стоячих хвилях є області, які називаються пучность (тільки навпаки, на зображенні позначений вузол – найвужче місце, а треба помітити найширше. Це і буде пучность). У таких областях дуже високе електричне поле, і може виникнути дуже сильно іонізована плазма, яку ми і називаємо кульовою блискавкою. За цією гіпотезою кульова блискавка підживлюється енергією електромагнітної хвилі, саме тому вона може так багато випромінювати.

Згідно з іншою гіпотезою, кульова блискавка бере енергію не з електромагнітної хвилі, а з хімічних реакцій. За цією теорією кульова блискавка складається з оксидів азоту та озону. Усередині блискавки відбуваються хімічні реакції. Однак за грубими підрахунками цієї енергії не вистачає для того, щоб блискавка світилася так яскраво. Так що найбільш заможної виглядає теорія, в якій кульова блискавка є плазмою, тобто позитивними і негативними іонами, які утворюються в результаті удару звичайної блискавки. В цьому випадку позитивні і негативні іони постійно з’єднуються разом і нейтралізують один одного. Це називається рекомбінацією. І за підрахунками, цієї енергії вистачає для того, щоб кульова блискавка досить яскраво світилася.

Але є одна проблема. Якщо все іони будуть перемішані рівномірно, то рекомбінація буде відбуватися за 1 мільярдну секунди. Ви тільки уявіть, наскільки це швидко! Але з цієї скрути був знайдений вихід. Давайте уявимо молекулу води. У ній кисень перетягує на себе електрони, і вона з одного боку стає негативною, а з іншого позитивною. Тому вони починають притягуватися до позитивних і негативних іонів, які вже містяться в кульової блискавки, оточують їх і утворюють навколо них щось на кшталт шуби. Ця водяна шуба перешкоджає рекомбінації іонів, тому дуже сильно уповільнює процес.

Але з яких саме речовин складається кульова блискавка? Відповідь на це може дати фульгурит. Коли звичайна блискавка потрапляє в піщаний грунт, через високий нагріву пісок може розплавитися і при наступному охолодженні застигнути у вигляді трубочки. Це і є фульгурит. Їх дуже часто знаходять, і найголовніше, що вони всередині порожнисті. Тобто всередині них може утворитися газ, це оксид кремнію, і він може вирватися назовні і утворити кульову блискавку. Більш того, в 2012 році китайські вчені змогли зняти 1,5 секунди польоту кульової блискавки. Завдяки приладу, на який проводилася зйомка, вони змогли розкласти світіння кульової блискавки в спектр і дізнатися, з яких речовин вона складається. Виявляється, що кульова блискавка, крім азоту, містить ще залізо, кальцій і кремній, які у великій кількості присутні в грунті. І це підтверджує, що кульова блискавка складається з речовин грунту, які випаровуються в результаті удару звичайної блискавки.
Звичайно ж, в реальності все може бути по-іншому, адже це хоч і детальна, але все-таки гіпотеза.

Посилання на основну публікацію