Шаровая молния - редкое и еще не исследованное явление атмосферной физики. Первое научное сообщение о наблюдении шаровой молнии появилось в 1660 году, и с тех пор, более чем за три века, в научной печати всего мира было опубликовано всего лишь несколько сотен описаний очевидцев, наблюдавших это явление. Фотографические снимки шаровой молнии исчисляются единицами, а данные о ее физических характеристиках очень скудны. Именно поэтому существуют самые разные теории, претендующие на объяснение возникновения и существования шаровых молний. Шаровая молния - сгусток плазмы, то есть сгусток ионизованных молекул и электронов. В настоящее время этот факт можно считать достоверным. Причем данные, полученные советскими физиками в 1972 году, показывают, что свет свободно выходит из объема, занимаемого этим сгустком; значит, температура плазмы не превышает 10 000°К (в противном случае кванты света внутри шаровой молнии испытывали бы частые соударения и не смогли бы выходить свободно). С другой стороны, Дж. Барри из Калифорнийского университета, подытоживший 400 различных наблюдений шаровой молнии, пришел к выводу, что ее температура не ниже 1 000 °К, так, как она плавит провода, проходя возле них.
Но если шаровая молния состоит из плазмы с довольно низкой температурой - между 1 000° К, и 10 000° К,-то почему же ионы, входящие в состав плазмы, мгновенно не соединяются в нейтральные молекулы? Иными словами, почему шаровая молния существует сравнительно долго несколько секунд или даже минут? Этот вопрос - камень преткновения любой теории, пытающейся объяснить явление.
Один из ответов на этот вопрос может быть таким. Предположим, что шаровая молния образуется при распаде обычной молнии во влажном воздухе. Молекулы воды, имеющие большой дипольный момент, быстро притягиваются к положительным и отрицательным ионам, образуя вокруг них плотные «защитные» оболочки, называемые сольватными. Именно эти оболочки и не дают ионам рекомбинировать - соединяться в нейтральные молекулы, потому, что энергия, выделяемая при соударениях ионов, недостаточна для того, чтобы разрушить сольватные оболочки. Если же все-таки два разноименных иона, окруженных сольватными оболочками и слипнутся в нейтральную «каплю», то такая «капля» оказывается недолговечной и быстро распадается.
Расчеты показывают, что при температуре от 1 000 до 10 000 градусов Кельвина система ионов, окруженных сольватными оболочками, может устойчиво существовать в течение длительного промежутка времени. Однако если температура плазмы быстро повышается (например, когда шаровая молния попадает в закрытое помещение), то равновесие в такой системе нарушается; развивающаяся неустойчивость приводит к еще более быстрому росту температуры и к цепной реакции разрушения сольватных оболочек, то есть к взрыву. При таком взрыве выделяется около 100 000 джоулей - такова энергия, заключенная в шаровой молнии. (Для сравнения скажем, что энергия, заключенная в лампе-фотовспышке, равна 75 - 100 джоулям.)
«Теория сольватных оболочек» одновременно отвечает и на вопрос, почему, несмотря на сравнительно высокую температуру, шаровая молния не поднимается вверх в холодном воздухе, а «плавает» в нем горизонтально если в сольватной оболочке иона содержится хотя бы четыре молекулы воды, что кажется вполне правдоподобным, то удельный вес плазмы оказывается приблизительно равным удельному весу воздуха.
Эта же теория делает понятным, почему шаровая молния не разваливается на куски при движении дальнодействующие электростатические силы приводят к значительному поверхностному натяжению. Его расчет в «теории сольватных оболочек» показывает, что молния имеет почти сферическую форму и крепко «сцементирована»
И, наконец, оказывается, что при спокойном распаде без взрыва молния исчезает не от недостатка энергии, а разваливается из-за развития неустойчивости, выбрасывая из себя куски вещества. Очевидцы принимают это за «искрение» или «кипение» молнии.
И. СТАХАНОВ. О природе шаровой молнии. «Письма в ЖЭТФ», том 18, № 3, 1973 год.
