Kuglelyn - atmosfærisk elektricitets hovedmysterium

Kuglelyn - atmosfærisk elektricitets hovedmysterium
Kuglelyn - atmosfærisk elektricitets hovedmysterium
Anonim

Kuglelyn ligner en lysende kugle, der normalt opstår under tordenvejr. Ofte hænger eller bevæger en sådan genstand sig i en mere eller mindre fast højde over jorden. Nogle gange eksploderer kuglelyn, når det kolliderer med et objekt eller uden nogen åbenbar grund. Det er bemærkelsesværdigt, at der stadig ikke er nogen generelt accepteret fysisk teori i verden, der forklarer karakteren af kuglelyn.

Elektriske fænomener i Jordens atmosfære er trods århundreders forskning stadig stort set dårligt forstået. Kuglelyn er nok et af de største mysterier, der starter fra selve deres eksistens, siger Doctor of Physical and Mathematical Sciences, seniorforsker i Solid State Theory Sector i det fysisk-tekniske institut opkaldt efter I. I. A. F. Ioffe RAS Mikhail L. SHMATOV. I et interview talte videnskabsmanden om de mest interessante spørgsmål i forbindelse med kuglelyn.

─ Er det rigtigt, at det videnskabelige samfund indtil 2012 ikke var fast overbevist om, at kuglelyn virkelig eksisterer, og først efter den sensationelle observation af kinesiske forskere, der opdagede jern, silicium og calcium i sådanne lyn, begyndte de at tale om kuglelyn som et reelt objekt ? Tidligere var der trods alt endda forslag om, at kuglelyn er en slags hallucination forårsaget af påvirkning af magnetfelter fra et almindeligt lyn?

─ Der skete ikke noget fundamentalt nyt i 2012; kinesiske forskere fremlagde ingen revolutionære data baseret på deres observationer. Spørgsmålet er stadig: observerede de kuglelyn? Mest sandsynligt (og dette fremgår af vores fælles gennemgang med professor Karl Stefan fra University of Texas i San Marcos) [1], har kinesiske forskere set konsekvenserne af et almindeligt lynnedslag i en kraftledning. Det menes undertiden, at de etablerede tilstedeværelsen af jern-, calcium- og siliciumforureninger i kuglelyn. Men sandsynligvis er registreringen af disse elementers spektrallinjer simpelthen et resultat af en almindelig lynudladnings påvirkning af kraftledningen og jorden, muligvis nogle effekter i forbindelse med, at denne afladning frembragte en kortslutning af strømmen linje. Lad mig minde dig om, at alt dette var i nærheden af kraftledningen, hvilket betyder, at der kunne være kort til jorden, hvilket førte til sådanne konsekvenser.

Men hvad angår hvordan folk opfatter kuglelyn, er situationen virkelig vanskelig. Mange mennesker er interesserede i kuglelyn, men der er plasmafysikere, der intet ved om dette objekt. Dette er den aktuelle situation.

Hvis vi taler om hallucinationer, menes det, at folk i nogle tilfælde kan se en slags glødende pletter på grund af virkningen af et meget lyst lysglimt fra almindeligt lyn. Der var også arbejde med, at magnetfelter fra almindeligt lyn måske virker direkte på hjernen og giver optiske illusioner af en mere kompleks oprindelse.

Der er et stort antal lysende genstande med lang levetid, der kan forveksles med kuglelyn. Et vidunderligt eksempel, der er blevet diskuteret i den videnskabelige litteratur: i nogle tilfælde kan selv en fugl, der lever i et hul, forveksles med kuglelyn! Fuglen kan bejdses med rådnende træ, og rådnende træ lyser under visse forhold.

Jeg tror, at i tilfælde af den nævnte observation af kinesiske forskere, hvis resultater blev offentliggjort i deres artikel, er situationen omtrent den samme: de kunne se konsekvenserne af et simpelt lynnedslag, og ikke kuglelyn.

Ja, der er stadig dem, der stadig ikke kender til kuglelyn, såvel som dem, der mener, at dette er en optisk illusion, men i dag er det allerede kendt med sikkerhed: kuglelyn eksisterer. Og vi ved det især fra en række rapporter om de ødelæggende virkninger forårsaget af et sådant lyn.

─ Der er stadig ingen konsensus om, hvad kuglelyn består af. Hvad er din version?

─ Du har ret, der er kun forskellige hypoteser og modeller. Jeg tror, at kuglelyn består af elektroner og næsten fuldstændigt ioniserede ioner (faktisk kerner) af de elementer, der udgør luften, det vil sige, at den grundlæggende tilstedeværelse af silicium og andre tidligere nævnte elementer ikke er påkrævet i den.

Min model er baseret på den antagelse, at hoveddelen af kuglelyn er en kerne, der består af næsten fuldstændigt ioniserede ioner og elektroner, der oscillerer (ca., oscillerende) i forhold til hinanden. Det viser sig, at elektroner svinger i forhold til ioner. Jonah bevæger sig også. Elektronernes bevægelse sker hovedsageligt i radial retning, situationen med ioner er mere kompliceret og afhænger af kerneens specifikke parametre. Kernen er en plasmasky, der ligner plasmaskyer, der opstår i nogle eksperimenter med termonuklear laserfusion og i nukleare eksplosioner i atmosfæren (selvom der er andre årsager til forekomsten af svingninger). Andre forskere har også overvejet modeller med svingninger, men jeg er den eneste, der var i stand til at forklare kuglelynets levetid og energi inden for rammerne af en sådan model.

Reference. Ionisering i denne situation er udtrækning af en eller flere elektroner, fuldstændig ionisering af alle, det vil sige, at en fuldt ioniseret ion af et element er dens atomkerne.

Image
Image

─ Kuglelyn har været kendt i tusinder af år. Hvorfor har det stadig ikke været muligt at entydigt fastslå deres natur hidtil?

─ Jeg mener, at et af hovedproblemerne er manglen på tilstrækkelig storstilet og velfinansieret forskning på dette område.

Vigtig forskning om kuglelyn blev udført i USA i 1960'erne. Resultatet er Stanley Singers fremragende bog The Nature of Ball Lightning. Disse værker blev udført under Vietnamkrigen, og den maksimale opgave var at "at skræmme helvede ud af Viet Cong" lært efter Singers død. Men nu står ingen over for sådanne opgaver, og derfor er interessen for kuglelyn moderat. Desuden skræmmer den store kompleksitet og mangel på indlysende anvendt værdi mange.

Jeg tror dog, at undersøgelsen af kuglelyn er af stor politisk betydning for plasmafysik, fordi der i øjeblikket er et problem med energiproduktion, og en af de lovende løsninger, som du ved, er kontrolleret termonuklear fusion.

Mange forskeres position inden for kontrolleret termonuklear fusion er som følger: Hvis der afsættes nok penge, vil menneskeheden modtage denne energikilde, fordi plasmafysik er godt forstået. Men man kan spørge: hvorfor tror du overhovedet, at du forstår plasmafysik? Nå, vi løste det ene problem, det andet er godt. Men der er sådan et naturligt fænomen som kuglelyn. Det har været kendt i tusinder af år, er forbundet med plasma, men er endnu ikke blevet fuldstændigt forklaret. Og indtil vi har forklaret kuglelyn, kan man næsten ikke sige, at plasmaets fysik er godt forstået.

─ Plasma, så vidt jeg ved, betragtes som stoffets mindst studerede tilstand …

─ Vanskeligt spørgsmål. Jeg mener, at en række aspekter på dette område er blevet undersøgt meget godt. Hvis plasmaets fysik ikke var blevet godt undersøgt, havde der især ikke været hydrogenbomber. De sparede ikke på noget. Og her er de, og generelt giver de fredelig sameksistens på planeten.

─ Er det muligt at skabe kuglelyn i laboratoriet?

─ Jeg vil sige, at der ikke er noget direkte svar på dette spørgsmål. Og det ville være mere korrekt at tale om skabelsen af kuglelyn ikke så meget i laboratoriet som på teststedet. Hvorfor? Det er kendt, at kuglelyn er en manifestation af tordenvejraktivitet i atmosfæren, og generelt er der i tordenvær i nogle tilfælde gigantiske potentialer. Den potentielle forskel mellem forskellige punkter i skyen eller mellem et tidspunkt i skyen og jorden kan være hundredvis af millioner volt. Under visse betingelser kan vi endda gå ind i intervallet på flere hundrede millioner volt, og måske endda op til flere milliarder. Derfor er det bedre at udføre arbejde under polygonforhold.

Der er mange forsøg på at genskabe kuglelyn i laboratoriet. Indtil videre har dette ikke givet nogen overbevisende resultater. Og om det i princippet er muligt eller ej, kan jeg ikke sige. Inden for min model er det bedre at arbejde på lossepladsen. Lignende eksperimenter blev udført i USA mindst to gange - med et forsøg på at bruge lyn, initieret af raketter, der trak en ledning bag dem. Men som bekendt er affyring af en raket en alvorlig ting. Disse eksperimenter fandt sted på særlige træningspladser, især ved basen af nationalgarden. Denne form for forskning er en meget dyr og farlig virksomhed, fordi et missil også kan skyde et fly ned i tilfælde af en mislykket opsendelse, og under alle omstændigheder, hvis sikkerhedsforanstaltninger ikke følges, kan du blive ramt af et indledt lyn.

Eksperimenter uden brug af raketter med konventionelt lyn er også ganske mulige. Der er et stort antal rapporter om betingelserne for at observere kuglelyn. For eksempel kan du gengive denne indstilling og vente på et normalt lynnedslag. Det er let at genskabe atmosfæren i udseendet af kuglelyn, men nu vil jeg ikke dvæle ved, hvordan det præcist kan gøres. Høje omkostninger og sikkerhedsproblemer er også vigtige for ikke-raketforsøg.

Image
Image

- Vores landsmand, nobelpristager Pyotr Kapitsa beskæftigede sig med kuglelynspørgsmål. Han skrev, at kuglelyn på grund af sin sjældenhed næppe egner sig til systematisk undersøgelse. Hvad tænker du om det her?

- Og her er det generelt ikke klart, hvor sjældent dette fænomen er. Det menes, at for en person, der bor i midten af det tidligere Sovjetunionen, er sandsynligheden for at møde kuglelyn i løbet af et liv cirka 5%. Det er ikke meget. Men i USA i 1963 blev der foretaget en interessant meningsmåling: NASA -medarbejdere blev spurgt, hvor ofte de så kuglelyn, og hvor ofte de så et tæt strejke af almindeligt lyn. Antallet af begge viste sig at være sammenligneligt, hvilket betyder, at det er meget svært at tale alvorligt om sandsynligheden for generering af kuglelyn under en almindelig udladning. Faktum er, at kuglelyn har et kort registreringsområde. Desuden sidder som regel alle kloge mennesker, hvis det er muligt, indendørs. Samtidig er simpelt lyn synligt på store afstande, da det er stort og lyst, og lyden fra det er stærk. Det er ganske muligt, at hyppigheden af generering af kuglelyn ved naturlige udladninger er sammenlignelig med hyppigheden af almindeligt lyn. Vi kan simpelthen ikke se bolden lyn.

Med hensyn til det faktum, at kuglelyn observeres, uanset årsagerne, er sjælden, anser jeg ikke dette for en væsentlig hindring for forskning, fordi en enorm mængde observationsdata er blevet akkumuleret og offentliggjort. Samtidig er det bestemt umuligt at stole på alle beskeder.

Antallet af mennesker, der befinder sig i kort afstand fra et almindeligt lynnedslag, kan sammenlignes med antallet af mennesker, der nogensinde har set kuglelyn. I øvrigt så piloter ret mange ildkugler. Dette spørgsmål blev meget omhyggeligt undersøgt af I. M. Imyanitov er en fremragende forsker inden for atmosfærisk elektricitet. Han kom til den konklusion, at kuglelyn forekommer i skyerne hundrede gange oftere end i lave højder.

Image
Image

─ I hvilken højde observeres kuglelyn i øvrigt normalt?

─ Kuglelyn har en meget interessant egenskab ─ at det meget ofte hænger eller bevæger sig i en fast højde, for eksempel i området en meter eller en og en halv meter over jorden. Og dette er faktisk et meget ikke-trivielt faktum, fordi det naturligvis påvirkes af både tyngdekraften og den arkimediske kraft. Det viser sig, at kuglelyn er temmelig let. Og det ser ud til, at hvis kuglelyn er tungere end luft, skal det falde, og hvis det er lettere end luft, skal det tage af. Men kuglelyn, i hvert fald i nogle tilfælde, har en elektrisk ladning, der påvirker dens bevægelse. Men dette er et særskilt og meget komplekst problem, så vi vil ikke gå i detaljer nu. Generelt blev kuglelyn observeret direkte på jorden eller på gulvet i lokalerne og i den nævnte højde på halvanden meter og i flere kilometers højde.

─ Hvor længe lever bolden lyn?

─ Kuglelynets levetid er en af de bedst registrerede parametre. Den nedre grænse er et par sekunder. Tilsyneladende er de regionale træk ved kuglelyn vigtige, da resultaterne af værker skrevet i forskellige lande giver lidt forskellige grænser for livet. Det er sikkert at sige, at kuglelyn absolut kan leve i et par sekunder. Men med den øvre grænse er spørgsmålet meget svært. Der er for eksempel offentliggjorte data om observationen af M. T. Dmitriev [3]. Han så ildkuglen i cirka halvandet minut. Sandsynligvis kan vi sige, at i lave højder kan kuglelyn leve i mindst tre minutter. Litteraturen nævner også rapporter om, at kuglelyn levede op til 15 minutter. Men jeg kender kun en eller to meddelelser af denne art.

Derudover er der en meget lumsk effekt, der ligner kuglelyn i udseende, ─ det er lysene fra St. Elmo på en flyvende elektrisk feltkoncentrator. Hvis vi har et stærkt nok felt, og markerne under tordenskyerne (og i dem) kan være i størrelsesordenen en kilovolt pr. Centimeter, og der er et eller flere objekter, for eksempel en sværm af biller, så kan en glød vises på disse biller eller andre genstande. Forskere har specielt undersøgt dette spørgsmål. Det blev konstateret, at det er meget svært at skelne kuglelyn fra lysene i St. Elmo på lang afstand, selvom koncentratoren i det elektriske felt ikke flyver.

─ Har du nogensinde selv observeret kuglelyn?

─ Nej.

─ Vil du gerne?

─ Ikke rigtigt. Faktum er, at inden for rammerne af min model, hvis du er helt uheldig, kan du få alvorlige strålingsskader, herunder dødelige, på afstand i unikke tilfælde på titalls meter. Kuglelyn er meget farligt for mennesker.

En meget interessant historie, der ser semi-fantastisk ud, men er veldokumenteret og beskrevet i Journal of Technical Physics i 1981 [5], fandt sted i Khabarovsk, hvor kuglelyn smeltede 440 kilo jord. Det ligner et forfærdeligt eventyr, men meget seriøse undersøgelser af denne jord blev udført på Institute of Nuclear Physics ved Moscow State University og andre videnskabelige organisationer. Især fra forsøg på at reproducere et slagge med omtrent samme sammensætning blev det klart, at smeltningen enten var forårsaget af radiobølger eller af hård stråling, det vil sige gammastråling, og hvad der præcist er - der er ingen endelig konklusion.

Kuglelyn er også farligt for teknologien, især på grund af dets evne til at påvirke driften af elektriske kredsløb. Både gammel litteratur og relativt moderne historier beskriver, da lynet tændte for elektriske lamper. I princippet kan det slå elektronik ud [6], men for et moderne fly er eksempelvis knock -out elektronik en meget dårlig begivenhed. Der er rapporter om, at piloter i militærfly selv måtte skubbe ud på grund af skader på flyet ved kuglelyn [7], men hvad var de specifikke mekanismer for skader, ved jeg ikke.

─ Kuglelyn er altid forbundet med almindeligt lyn, eller kan det forekomme uafhængigt af det?

─ I nogle tilfælde kan fødslen af kuglelyn være forbundet med et specifikt almindeligt lyn, men der er også tilfælde, hvor almindeligt lyn ikke gik forud for fødslen af et kuglelyn. Der er rapporter om observation af kuglelyn i klart vejr.

- Dine værker er også dedikeret til strålingsfaren ved lyn. Hvor reel er denne trussel?

─ Jeg er interesseret i strålingsfaren ved kuglelyn og atmosfærisk elektricitet generelt. Tidligere og året før udgav jeg to artikler [8, 9], hvor jeg inden for rammerne af min kuglelynmodel forklarede nogle parametre for gammastrålingsfluxer registreret i et tilfælde i Japan [10] og i den anden i Armenien [11].

Siden omkring 1980 har det været klart, at genereringen af røntgen- og gammastråling i tordenskyer er skabt. Der er både korte, tilstrækkeligt kraftige pulser og lange strømninger af gammastråling, der varer for eksempel sekunder eller minutter, samt hændelser, der kan tolkes som generering af et stort antal pulser. Spørgsmålet om, hvad der er karakter af langsigtede impulser, er åbent.

Der er rapporter om observation af ikke kun enkeltkuglelyn, men også hele grupper af kuglelyn [4]. I Armenien, på Aragats -stationen, udføres blandt andet observationen af synligt lys, der kommer fra skyerne. I 2019 blev en artikel af A. Chilingaryan [11] med kolleger offentliggjort om, hvordan de så gammastråling og en gruppe glødende pletter. De tilbød en eller anden forklaring på, hvor lyspunkterne kom fra, cirka 10 stykker. Jeg indrømmer, at de kunne se en gruppe af kuglelyn [9].

─ Kan der endda eksistere grupper af ildkugler?

─ Ja. Sådanne begivenheder er sjældne, men de sker. Der er dokumenterede historier om piloter, der i nødsituationer, såsom en nødlanding på en flyveplads gennem et tordenvejr, så snesevis af ildkugler i skyerne [4]. Jeg gentager, at sandsynligheden for at støde på kuglelyn i en sky er omkring hundrede gange større end i vores sædvanlige højder, det vil sige i jordoverfladen og et par meter over den [2].

Generelt blev strålingsfaren for kuglelyn først alvorligt diskuteret i 1962. Tidligere, i 1886, havde Scientific American (nu et blad og de gamle numre ligner en avis) en unik publikation, der beskrev historien om, hvordan en familie i Venezuela observerede et skarpt lys i deres hjem og samtidig følte en bestemt lugt (kuglelynrapporter nævner undertiden en lugt som brændende sort pulver eller svovl). Folk begyndte at bede og troede, at verdens ende var kommet (en helt naturlig antagelse for 1800 -tallet og for en religiøs familie), men denne aktivitet blev afbrudt af opkastning. I fremtiden udviklede folk blærer på huden, som blev til sår, og hår begyndte at falde ud. Hvordan ser det ud, hvis ikke stråling? Desuden kan denne kendsgerning næppe betragtes som forfalskning, fordi den blev beskrevet både før opdagelsen af naturlig radioaktivitet og før oprettelsen af røntgenkilder og endnu mere før oprettelsen af kraftfulde kilder til ioniserende stråling. 90 år senere fortolkede Eugene Garfield denne hændelse som mulig strålingsskade fra ildkugle.

Rosalyn Krysik observerede en anden interessant effekt: et lyn lyn fløj op til glasdøren, og glasset glødede. Det var ikke en refleksion, fordi lynet var blåligt i farven og skæret var gult. Efterfølgende gennemførte Karl Stefan og hans kolleger en række forsøg, og det viste sig, at en lignende effekt kan skyldes virkningen af ultraviolet eller hårdere stråling [1].

─ Kan almindeligt lyn også udgøre en strålingsfare?

─ Ja. Det er blevet fastslået, at en vis mængde almindeligt lyn (hvor meget er ukendt, cirka fra 0,01% til 1%) genererer strømme af hård stråling. Mærkeligt nok er disse strømme tydeligt synlige fra satellitter, fordi stråling interagerer med luft - den absorberes simpelthen og spredes, spredning fører til et fald i fotononenergien. Intensiteten falder med stigende afstand og i en situation, hvor der praktisk talt ikke er nogen absorption og spredning, simpelthen på grund af det faktum, at det samme antal kvanter falder på et større område. Men en mere signifikant effekt observeres i en temmelig tæt atmosfære - dette er spredning og absorption af gamma og røntgenstråling i luften. Derfor viser det sig, at hvis tordenvejret er i flere kilometers højde og især højere, så er det lettere at se den hårde stråling fra satellitten end fra jorden.

─ Mikhail Leonidovich, fortæl os det til sidst, hvordan kan du beskytte dig selv, når du støder på lyn med kugler? Hvad kan og kan ikke gøres?

─ De samme sikkerhedsregler gælder her som ved almindeligt lyn. For eksempel ved mange mennesker, at du ikke kan stå under træer under tordenvejr - et lynnedslag i et træ kan føre til en udledning fra stammen til en person, der står ved siden af det. Situationen med kuglelyn er selvmodsigende. Der er forskellige anbefalinger, men jeg anser en af dem for farlig. Den generelle anbefaling vedrørende kuglelyn ser ud som om, i form af fare, kuglelyn er en stor vred hund: du behøver ikke drille den, men du skal trække dig langsomt og langsomt tilbage - en grundlæggende ting. Hvorfor langsom? I princippet er dette det korrekte råd, fordi en pludselig bevægelse kan skabe en let udladning, som vil bringe bolden lyn tættere på en person. Men nogle gange er der anbefalinger om slet ikke at flytte! Dette er et mærkeligt råd, i betragtning af at der er en række rapporter om strålingsfare ved kuglelyn og svarende til en alvorlig skade, op til opkastning under observation, og det er meget store doser stråling, dette er en risiko for død.

Sammenfattende vil jeg sige, at kuglelyn har sine egne specifikke vanskeligheder. På den ene side ved vi ikke, hvor sjældent eller ofte der opstår kuglelyn - dette skyldes den lille registreringsradius, kuglelyn er virkelig sjældent observeret. Men på den anden side har det været kendt i tusinder af år, og de sidste hundrede års data om kuglelyn er blevet mere og mere, der er mange meget interessante publikationer, især om faren for kuglelyn. En af de hidtil bedste bøger er udgivet af Walter Brand med titlen "Fireball" på tysk, 1923. Det er citeret den dag i dag. For nylig blev denne bog udgivet i en lidt suppleret version på engelsk, og i vores bibliotek læste jeg dens oversættelse til russisk. Jeg anbefaler stærkt dette værk til alle, der er interesseret i sådanne naturlige fænomener som kuglelyn.

Anbefalede: