Шаровая молния

Шарова́я мо́лния (от слова шар) — природное явление, выглядящее как светящееся и плавающее в воздухе образование. Единой физической теории возникновения и протекания этого явления к настоящему времени не представлено. Существует множество гипотез, объясняющих явление, но ни одна из них не получила абсолютного признания в академической среде. В лабораторных условиях похожие, но кратковременные явления удалось получить несколькими разными способами, так что вопрос о природе шаровой молнии остаётся открытым. По состоянию на начало XXI века не было создано ни одной опытной установки, на которой это природное явление воспроизводилось бы в соответствии с описаниями очевидцев наблюдения шаровой молнии.
Шаровая молния — природное явление электрического происхождения, то есть представляет собой особого вида молнию (плазмоид), существующую продолжительное время и имеющую форму шара, способную перемещаться по непредсказуемой, иногда удивительной для очевидцев траектории.
Традиционно достоверность многих свидетельств очевидцев шаровой молнии остаётся под сомнением. Сомнения в достоверности многих свидетельств осложняют изучение явления, а также создают почву для появления разных спекулятивно-сенсационных материалов, якобы связанных с этим явлением.
По свидетельствам очевидцев, шаровая молния обычно появляется в грозовую, штормовую погоду; зачастую (но не обязательно) наряду с обычными молниями. Чаще всего она как бы «выходит» из проводника или порождается обычными молниями при их разрядах, иногда спускается с облаков, в редких случаях — неожиданно появляется в воздухе или, как сообщают очевидцы, может "выйти" из какого-либо предмета (дерево, столб).
В связи с тем, что появление шаровой молнии как природного явления происходит редко, а попытки искусственно воспроизвести его в масштабах природного явления не удаются, основным материалом для изучения шаровых молний являются свидетельства неподготовленных к проведению наблюдений случайных очевидцев. В некоторых случаях очевидцы производили фото- или видеосъёмку явления.
Вплоть до 2010 года вопрос существования шаровых молний был принципиально опровержимым. Так, в предисловии к бюллетеню Комиссии РАН по борьбе со лженаукой «В защиту науки», № 5, 2009 использовались формулировки:
Теория происхождения шаровой молнии, отвечающая критерию Поппера, была разработана в 2010 году австрийскими учёными Йозефом Пеером (Joseph Peer) и Александром Кендлем (Alexander Kendl) из Университета Инсбрука. Они опубликовали в научном журнале Physics Letters A предположение, что свидетельства о шаровых молниях можно понимать как проявление фосфенов — зрительных ощущений без воздействия на глаз света. Их расчёты показывают, что магнитные поля определённых молний с повторяющимися разрядами индуцируют электрические поля в нейроны зрительной коры, которые и кажутся человеку шаровой молнией. Фосфены могут проявиться у людей, находящихся на расстоянии до 100 метров от удара молнии.
Вместе с тем 23 июля 2012 года на Тибетском плато шаровая молния попала в поле зрения двух бесщелевых спектрометров, с помощью которых китайские учёные изучали спектры обычных молний. В итоге были зафиксированы 1,64 секунды свечения шаровой молнии и её подробные спектры. В отличие от спектра обычной молнии, в котором в основном присутствуют линии ионизированного азота, спектр шаровой молнии наполнен линиями железа, кремния и кальция, которые являются основными составляющими веществами почвы.
По некоторым наблюдениям очевидцы сообщают не только об оптической составляющей явления, но и о резком запахе, дымном шлейфе после шаровой молнии, об искрах или разбрызгивании вещества с поверхности шара. Эти обстоятельства ставят под сомнение плазменные гипотезы природной шаровой молнии. В исключительных случаях шаровая молния оставляет следы, которые можно подвергнуть анализу. Так, 19 июля 2003 года шаровая молния взорвалась в жилом помещении, рассыпав металлические шарики, которые затем были переданы в институт физики СО РАН (г. Красноярск).
В 2020 году по ещё одному из таких уникальных случаев удалось провести анализ вещества, оставленного угасшим светящимся шаром. Установлено, что фрагменты представляют собой соединения железа, кремния и кальция с кислородом. Полученные сведения о химическом составе хорошо согласуются с результатами оптической спектрометрии шаровой молнии, выполненной в 2012 году группой китайских ученых на Тибетском плато. Кроме того, в составе фрагментов обнаружены алюминий, фосфор и титан. Присутствие алюминия прогнозировалось ранее. Таким образом, в объёме шаровой молнии может находиться значительное количество вещества, а плотность этого вещества в шаровой молнии может заметно превосходить плотность окружающей среды. Автор работы отмечает, что полученный результат желательно принять с определённой долей скептицизма и без притязания на сенсационность, поскольку невозможно однозначно верифицировать случай как природную шаровую молнию, а не как фальсификацию фактов очевидцем.
Раннее упоминание явления, подобного или представляющего собой шаровую молнию, относится к XII веку.
В первой половине XIX века французский физик, астроном и естествоиспытатель Франсуа Араго, возможно, первым в истории цивилизации произвёл сбор и систематизировал все известные на то время свидетельства появления шаровой молнии. В его книге было описано 30 случаев наблюдения шаровых молний. Статистика небольшая, и неудивительно, что многие физики XIX века, включая Кельвина и Фарадея были склонны считать, что это либо оптическая иллюзия, либо явление совершенно иной, неэлектрической природы. Однако количество случаев, подробность описания явления и достоверность свидетельств возрастали, что привлекло внимание учёных, в том числе известных физиков.
В конце 1940-х годов над объяснением шаровой молнии работал академик АН СССР Пётр Леонидович Капица.
Большой вклад в работу по наблюдению и описанию шаровой молнии внёс советский учёный И. П. Стаханов, который вместе с С. Л. Лопатниковым в журнале «Знание — сила» в 1970-х годах опубликовал статью о шаровых молниях. В конце этой статьи он приложил анкету и попросил очевидцев прислать ему свои подробные воспоминания этого явления. В результате он накопил обширную статистику — более тысячи случаев, что позволило ему обобщить некоторые свойства шаровой молнии и предложить свою теоретическую модель шаровой молнии.
21 октября 1638 года молния появилась во время грозы в церкви деревушки Уидеком-ин-те-Мур графства Девон в Англии. Очевидцы рассказывали, что в церковь влетел огромный огненный шар порядка двух с половиной метров в поперечнике. Он выбил из стен церкви несколько больших камней и деревянных балок. Затем шар, якобы, сломал скамейки, разбил много окон и наполнил помещение густым тёмным дымом с запахом серы. Потом он разделился пополам; первый шар вылетел наружу, разбив ещё одно окно, второй исчез где-то внутри церкви. В результате 4 человека погибло, 60 получили ранения. Явление объясняли «пришествием дьявола», или «адским пламенем» и обвинили во всём двух людей, которые осмелились играть в карты во время проповеди.
О внушительных размерах молнии сообщается со слов корабельного доктора Грегори в 1749 году. Адмирал Чемберс на борту судна «Монтаг» около полудня поднялся на палубу замерить координаты судна. Он заметил довольно большой голубой огненный шар на расстоянии около трёх миль. Незамедлительно был отдан приказ спустить топсели, но шар двигался очень быстро, и прежде чем удалось сменить курс, он взлетел практически вертикально и, находясь не выше сорока-пятидесяти ярдов (37-46 метров) над оснасткой, исчез с мощным взрывом, который описывается как одновременный залп тысячи орудий. Верхушка грот-мачты была уничтожена. Пятерых человек сбило с ног, один из них получил множество ушибов. Шар оставил после себя сильный запах серы; перед взрывом его величина достигала размеров мельничного жернова.
В 1753 году Георг Рихман, действительный член Санкт-Петербургской Академии Наук, погиб от удара шаровой молнией. Он изобрёл прибор для изучения атмосферного электричества, поэтому когда на очередном заседании услышал, что надвигается гроза, срочно отправился домой вместе с гравёром, чтобы запечатлеть явление. Во время эксперимента из прибора вылетел синевато-оранжевый шар и ударил учёного прямо в лоб. Раздался оглушительный грохот, схожий с выстрелом ружья. Рихман упал замертво, а гравёр был оглушён и сбит с ног. На лбу учёного осталось маленькое тёмно-малиновое пятнышко, его одежда была опалена, башмаки разорваны. Дверные косяки разлетелись в щепки, а саму дверь снесло с петель. Позже осмотр места происшествия совершил лично М. В. Ломоносов.
Одно британское издание сообщало о том, что в 1809 году корабль «Уоррен Хастингс» во время шторма «атаковало три огненных шара». Команда видела, как один из них спустился и убил человека на палубе. Того, кто решил забрать тело, ударил второй шар; его сбило с ног, на теле остались лёгкие ожоги. Третий шар убил ещё одного человека. Команда отметила, что после происшествия над палубой стоял отвратительный запах серы.
Книга французского автора сообщает о примерно 150 встречах с шарообразной молнией: «Судя по всему, шарообразные молнии сильно притягиваются металлическими предметами, поэтому они часто оказываются у балконных перил, водопроводных и газовых труб. Они не имеют определённой окраски, оттенок их может быть разный — например, в Кётен в герцогстве Ангальт молния была зелёной. M. Колон, заместитель председателя Парижского Геологического Общества видел, как шар медленно спустился вдоль коры дерева. Коснувшись поверхности земли, он подпрыгнул и исчез без взрыва. 10 сентября 1845 года в долине Корреце молния влетела в кухню одного из домов деревни Саланьяк. Шар прокатился через всё помещение, не причиня никакого ущерба находящимся там людям. Добравшись до граничащего с кухней хлева, он неожиданно взорвался и убил случайно запертую там свинью. Животное не было знакомо с чудесами грома и молнии, поэтому осмелилось запахнуть самым непристойным и неподобающим образом. Двигаются молнии не очень быстро: некоторые даже видели, как они останавливаются, но от этого шары приносят не меньше разрушений. Молния, влетевшая в церковь города Штральзунд, при взрыве выбросила несколько маленьких шаров, которые тоже взрывались как артиллерийские снаряды.»
В издании «A Guide to the Scientific Knowledge of Things Familiar» 1864 года Эбенезер Кобэм Брюер рассуждает о «шарообразной молнии». В его описании молния предстаёт как медленно движущийся огненный шар из взрывоопасного газа, который иногда спускается к земле и движется вдоль её поверхности. Также отмечается, что шары могут делиться на шары меньшего размера и взрываться «подобно пушечному выстрелу».
Поскольку в появлении шаровых молний прослеживается явная связь с другими проявлениями атмосферного электричества (например, обычной молнией), то большинство опытов проводилось по следующей схеме: создавался газовый разряд (о свечении газовых разрядов широко известно), и затем искались условия, когда светящийся разряд мог бы существовать в виде сферического тела. Но у исследователей возникают только кратковременные газовые разряды сферической формы, живущие максимум несколько секунд, что не соответствует свидетельствам очевидцев природной шаровой молнии. А. М. Хазен выдвинул идею генератора шаровых молний, состоящего из антенны передатчика СВЧ, длинного проводника и импульсного генератора высокого напряжения.
Было сделано несколько заявлений о получении шаровой молнии в лабораториях, но в основном к этим заявлениям сложилось скептическое отношение в академической среде. Остаётся открытым вопрос: «Действительно ли наблюдаемые в лабораторных условиях явления тождественны природному явлению шаровой молнии»?
Экспериментальная проверка существующих теорий затруднена. Даже если считать только предположения, опубликованные в серьёзных научных журналах, то количество теоретических моделей, которые с разной степенью успеха описывают явление и отвечают на эти вопросы, довольно велико.