Шаровая молния — редкое и необъяснимое явление, описываемое как люминесцентные сферические объекты, которые варьируются от размера горошины до нескольких метров в диаметре. Хотя обычно оно ассоциируется с грозами , [1] сообщается, что наблюдаемое явление длится значительно дольше, чем вспышка молнии в доли секунды , и является явлением, отличным от огней Святого Эльма .
В некоторых отчетах 19-го века [2] [3] описываются шары, которые в конечном итоге взрываются и оставляют после себя запах серы. Описания шаровой молнии появляются в различных отчетах на протяжении столетий и привлекли внимание ученых . [4] Оптический спектр того, что, по-видимому, было событием шаровой молнии, был опубликован в январе 2014 года и включал видео с высокой частотой кадров. [5] [6] Тем не менее, научные данные о шаровой молнии остаются скудными. Хотя лабораторные эксперименты дали эффекты, которые визуально похожи на сообщения о шаровой молнии, то, как они связаны с предполагаемым явлением, остается неясным. [7] [8] [9]
Описания шаровой молнии сильно различаются. Ее описывают как движущуюся вверх и вниз, вбок или по непредсказуемым траекториям, зависающую и движущуюся по ветру или против него; притягиваемую [10] зданиями, людьми, автомобилями и другими объектами, не подверженную влиянию или отталкиваемую ими. Некоторые отчеты описывают ее как движущуюся сквозь твердые массы дерева или металла без эффекта, в то время как другие описывают ее как разрушительную и плавящую или сжигающую эти вещества. Ее появление также связывают с линиями электропередач [11] [12] на высоте 300 м (1000 футов) и выше, а также во время гроз [11] и спокойной погоды. Шаровую молнию описывают как прозрачную , полупрозрачную , разноцветную, равномерно освещенную, излучающую пламя, нити или искры, с формами, которые варьируются от сфер, овалов, слезинок, стержней или дисков. [13]
Шаровую молнию часто ошибочно принимают за огни Святого Эльма . Это отдельные и различные явления. [14]
Сообщалось, что шары рассеиваются разными способами, например, внезапно исчезают, постепенно рассеиваются, поглощаются объектом, «хлопают», громко взрываются или даже взрываются с силой, что иногда сообщается как наносящее ущерб. [11] Также существуют разные мнения об их предполагаемой опасности для людей — от смертельной до безвредной.
Обзор доступной литературы, опубликованный в 1972 году [15], выявил свойства «типичной» шаровой молнии, одновременно предостерегая от чрезмерного доверия к свидетельствам очевидцев:
Шаровая молния является возможным источником легенд, описывающих светящиеся шары, например, мифологического Анчимайена из аргентинской и чилийской культуры мапуче .
Согласно статистическому исследованию, проведенному в 1960 году, из 1962 сотрудников Национальной лаборатории Оук-Ридж, работающих посменно, и из всех 15 923 сотрудников компании Union Carbide Nuclear Company в Оук-Ридже, 5,6% и 3,1% соответственно сообщили, что видели шаровую молнию. [16] [17] Статья в Scientific American подвела итоги исследования, показав, что шаровую молнию видели 5% населения Земли. [18] Другое исследование проанализировало сообщения о более чем 2000 случаях. [19]
В хронике Жервазия Кентерберийского , английского монаха, содержится, возможно, самое раннее известное упоминание о шаровой молнии, датированное 7 июня 1195 года. Он утверждает: «Чудесное знамение спустилось около Лондона», состоящее из плотного и темного облака, испускающего белое вещество, которое под облаком приобрело сферическую форму, из которой в сторону реки упал огненный шар. [20]
Заслуженный профессор физики Брайан Таннер и историк Джайлс Гаспер из Даремского университета определили, что запись в летописи, вероятно, описывает шаровую молнию, и отметили ее сходство с другими описаниями:
Описание Джервасом белой субстанции, выходящей из темного облака, падающей в виде вращающейся огненной сферы, а затем совершающей некое горизонтальное движение, очень похоже на исторические и современные описания шаровой молнии ... Интересно наблюдать, насколько близко описание Джервасом XII века соответствует современным сообщениям о шаровой молнии. [20]
В одном из ранних отчетов сообщается о Великой грозе в церкви в Уайдкомбе-ин-зе-Мур , Девон, в Англии, 21 октября 1638 года. Четыре человека погибли и около 60 получили ранения во время сильного шторма. Свидетели описали 8-футовый (2,4 м) огненный шар, ударивший и вошедший в церковь, почти уничтожив ее. Большие камни из церковных стен были брошены на землю и через большие деревянные балки. Огненный шар якобы разбил скамьи и многие окна и наполнил церковь зловонным серным запахом и темным, густым дымом.
Сообщается, что огненный шар разделился на два сегмента, один из которых вылетел через окно, разбив его, а другой исчез где-то внутри церкви. Из-за огня и запаха серы современники объясняли огненный шар как «дьявола» или как «пламень ада». Позже некоторые возложили всю вину за инцидент на двух человек, которые играли в карты на скамьях во время проповеди, тем самым навлекая на себя гнев Божий. [2]
В декабре 1726 года ряд британских газет напечатали отрывок из письма Джона Хауэлла со шлюпа «Кэтрин и Мэри» :
Когда мы проходили через Флоридский залив 29 августа, большой огненный шар упал со стихии и расколол нашу мачту на десять тысяч частей, если это было возможно; расколол нашу главную балку, а также три доски борта под водой и три доски палубы; убил одного человека, другому оторвало руку [ sic ], и если бы не сильные дожди, наши паруса были бы охвачены взрывом огня. [21] [22]
Один особенно яркий пример был зафиксирован «со слов доктора Грегори» в 1749 году:
Адмирал Чемберс на борту « Монтегю » 4 ноября 1749 года производил наблюдение незадолго до полудня... он заметил большой шар голубого огня примерно в трех милях [5 км] от них. Они немедленно опустили марсели, но он приближался к ним так быстро, что, прежде чем они успели поднять главный галс, они увидели, как шар поднялся почти перпендикулярно, и не выше сорока или пятидесяти ярдов [35 или 45 м] от главных цепей, когда он взорвался со взрывом, таким сильным, как будто одновременно выстрелили сотня пушек, оставив после себя сильный сернистый запах. В результате этого взрыва грот-стеньга была разнесена на куски, а грот-мачта рухнула на киль. Пять человек были сбиты с ног, а один из них был сильно ушиблен. Прямо перед взрывом шар казался размером с большой жернов. [3]
В отчете 1753 года описывается смертельная шаровая молния, когда профессор Георг Рихман из Санкт-Петербурга , Россия, построил аппарат для запуска воздушного змея, похожий на предложение Бенджамина Франклина годом ранее. Рихман присутствовал на заседании Академии наук , когда услышал гром и побежал домой со своим гравером, чтобы запечатлеть это событие для потомков. Пока проводился эксперимент, появилась шаровая молния, пролетела по веревке, ударила в лоб Рихмана и убила его. Шар оставил красное пятно на лбу Рихмана, его обувь была разорвана, а одежда опалена. Его гравер был сбит с ног. Дверная рама комнаты была расколота, а дверь сорвана с петель. [23]
В английском журнале сообщалось, что во время шторма 1809 года появились три «огненных шара» и «атаковали» британский корабль HMS Warren Hastings . Экипаж наблюдал, как один шар упал, убив человека на палубе и поджег главную мачту. Один из членов экипажа вышел, чтобы поднять упавшее тело, и был поражен вторым шаром, который отбросил его назад и оставил легкие ожоги. Третий человек погиб от контакта с третьим шаром. Члены экипажа впоследствии сообщили о постоянном тошнотворном запахе серы. [24] [25]
Эбенезер Кобэм Брюэр в своем американском издании 1864 года « Руководство по научному знанию о вещах знакомых » обсуждает «шаровую молнию». Он описывает ее как медленно движущиеся шары огня или взрывоопасного газа, которые иногда падают на землю или бегут по земле во время грозы. Он сказал, что шары иногда разделяются на более мелкие шары и могут взорваться «как пушка » . [26]
В своей книге «Гром и молния » [27], переведенной на английский язык в 1875 году, французский научный писатель Вильфрид де Фонвьель писал, что было около 150 сообщений о шаровых молниях:
Шаровая молния, по-видимому, особенно притягивается к металлам; таким образом, она будет искать перила балконов или же водопроводные или газовые трубы и т. д. У нее нет своего собственного оттенка, но она может казаться любого цвета в зависимости от случая... в Кетене в герцогстве Ангальт она казалась зеленой. М. Колон, вице-президент Геологического общества Парижа, видел, как шаровая молния медленно спускалась с неба по коре тополя; как только она коснулась земли, она снова подпрыгнула и исчезла, не взорвавшись. 10 сентября 1845 года шаровая молния попала в кухню дома в деревне Саланьяк в долине Коррез . Этот шар прокатился, не причинив никакого вреда двум женщинам и молодому человеку, которые были здесь; но, попав в соседний хлев, он взорвался и убил свинью, которая случайно оказалась там запертой и которая, ничего не зная о чудесах грома и молнии, осмелилась понюхать ее самым грубым и неподобающим образом. Движение таких шаров далеко не очень быстрое – иногда наблюдалось, что они даже останавливались в своем движении, но от этого они не менее разрушительны. Шаровая молния, попавшая в церковь Штральзунда, при взрыве выбросила несколько шаров, которые в свою очередь взорвались как снаряды. [28]
Николай II , последний царь Российской империи, рассказывал, что в детстве, когда он был в церкви вместе со своим дедом Александром II, он стал свидетелем огненного шара .
Однажды мои родители были в отъезде, и я был на всенощном бдении с дедушкой в маленькой церкви в Александрии . Во время службы разразилась сильная гроза, молнии сверкали одна за другой, и казалось, что раскаты грома потрясут даже церковь и весь мир до основания. Вдруг стало совсем темно, порыв ветра из открытой двери задул пламя свечей, которые горели перед иконостасом , раздался долгий удар грома, громче прежнего, и я вдруг увидел огненный шар, летящий из окна прямо в голову императора. Шар (это была молния) закружился по полу, затем прошел мимо паникадила и вылетел через дверь в парк. Мое сердце замерло, я взглянул на дедушку — его лицо было совершенно спокойным. Он перекрестился так же спокойно, как и тогда, когда огненный шар пролетел мимо нас, и я почувствовал, что неприлично и не мужественно так пугаться, как я. Я чувствовал, что нужно было только смотреть на происходящее и верить в милосердие Божие, как он, мой дедушка, делал. После того, как мяч прошел через всю церковь и внезапно вышел через дверь, я снова посмотрел на дедушку. На его лице была слабая улыбка, и он кивнул мне головой. Моя паника исчезла, и с этого времени я больше не боялся бурь. [29]
Британский оккультист Алистер Кроули сообщил, что стал свидетелем явления, которое он назвал «шаровым электричеством» во время грозы на озере Паскуани [30] в Нью-Гемпшире , США, в 1916 году. Он укрылся в небольшом коттедже, когда он, по его собственным словам,
...заметил, с тем, что я могу описать только как спокойное изумление, что ослепительный шар электрического огня, по-видимому, от шести до двенадцати дюймов [от 15 до 30 см] в диаметре, был неподвижен примерно в шести дюймах [15 см] ниже и правее моего правого колена. Когда я посмотрел на него, он взорвался с резким грохотом, который совершенно невозможно спутать с непрерывным хаосом молнии, грома и града, или с тем, что создавала непрерывный хаос из-за хлещущей воды и ломающегося дерева снаружи коттеджа. Я почувствовал очень слабый удар в середине моей правой руки, которая была ближе к шару, чем любая другая часть моего тела. [31]
Дженнисон из Лаборатории электроники Кентского университета описал собственное наблюдение шаровой молнии в статье, опубликованной в журнале Nature в 1969 году:
Я сидел в передней части пассажирского салона цельнометаллического авиалайнера (рейс EA 539 компании Eastern Airlines) во время ночного рейса из Нью-Йорка в Вашингтон. Самолет попал в грозу, во время которой его окутал внезапный яркий и громкий электрический разряд (0005 ч EST, 19 марта 1963 г.). Через несколько секунд после этого из кабины пилота вылетела светящаяся сфера диаметром чуть больше 20 см [8 дюймов] и прошла по проходу самолета примерно в 50 см [20 дюймах] от меня, сохраняя ту же высоту и курс на всем расстоянии, на котором ее можно было наблюдать. [32]
Красивое, но странное явление было замечено в этом городе в прошлый понедельник вечером. Ветер был сильный, и воздух, казалось, был полон электричества. Перед, над и вокруг нового Инженерного зала Школы горного дела огненные шары играли в пятнашки в течение получаса, к удивлению и изумлению всех, кто видел это зрелище. В этом здании расположены динамо-машины и электроаппаратура, возможно, самой прекрасной электростанции такого размера в штате. Вероятно, в прошлый понедельник вечером к пленникам динамо-машин спустилась делегация с облаков, и у них, безусловно, был прекрасный визит и шумная игра в возню. [34]
В январе 2014 года ученые из Северо-Западного педагогического университета в Ланьчжоу , Китай , опубликовали результаты записей, сделанных в июле 2012 года оптического спектра того, что считалось естественной шаровой молнией, случайно возникшей во время изучения обычной молнии облако-земля на Тибетском нагорье . [5] [46] На расстоянии 900 м (3000 футов) было сделано в общей сложности 1,64 секунды цифрового видео шаровой молнии и ее спектра, от образования шаровой молнии после удара обычной молнии в землю, до оптического распада явления. Дополнительное видео было записано высокоскоростной (3000 кадров/сек) камерой, которая запечатлела только последние 0,78 секунды события из-за ее ограниченной емкости записи. Обе камеры были оснащены бесщелевыми спектрографами . Исследователи обнаружили линии излучения нейтрального атомарного кремния , кальция , железа , азота и кислорода — в отличие от в основном ионизированных линий излучения азота в спектре родительской молнии. Шаровая молния перемещалась горизонтально по видеокадру со средней скоростью, эквивалентной 8,6 м/с (28 футов/с). Она имела диаметр 5 м (16 футов) и преодолела расстояние около 15 м (49 футов) за 1,64 с.
Наблюдались колебания интенсивности света и излучения кислорода и азота на частоте 100 герц , возможно, вызванные электромагнитным полем высоковольтной линии электропередачи 50 Гц поблизости. По спектру температура шаровой молнии была оценена как ниже температуры исходной молнии (<15 000–30 000 К). Наблюдаемые данные согласуются с испарением почвы, а также с чувствительностью шаровой молнии к электрическим полям . [5] [46]
Ученые давно пытались создать шаровую молнию в лабораторных экспериментах. Хотя некоторые эксперименты давали эффекты, визуально похожие на сообщения о естественной шаровой молнии, пока не установлено, есть ли между ними какая-либо связь.
Сообщается, что Никола Тесла мог искусственно создавать шары размером 1,5 дюйма (3,8 см) и проводил некоторые демонстрации своих способностей. [47] Тесла был больше заинтересован в более высоких напряжениях и мощностях, а также в дистанционной передаче энергии; шары, которые он делал, были просто диковинкой. [48]
Международный комитет по шаровой молнии (ICBL) проводил регулярные симпозиумы по этой теме. Родственная группа использует общее название «Нетрадиционная плазма». [49] Последний симпозиум ICBL был предварительно запланирован на июль 2012 года в Сан-Маркосе, штат Техас , но был отменен из-за отсутствия представленных тезисов. [50]
Оцуки и Офурутон [51] [52] описали создание «плазменных огненных шаров» с помощью микроволновой интерференции внутри заполненной воздухом цилиндрической полости, питаемой прямоугольным волноводом с использованием микроволнового генератора с частотой 2,45 ГГц и максимальной мощностью 5 кВт.
Некоторые научные группы, включая Институт Макса Планка , как сообщается, создали эффект, подобный шаровой молнии, разрядив высоковольтный конденсатор в баке с водой. [53] [54]
Многие современные эксперименты включают использование микроволновой печи для получения небольших поднимающихся светящихся шариков, часто называемых плазменными шариками . Как правило, эксперименты проводятся путем помещения зажженной или недавно потушенной спички или другого небольшого предмета в микроволновую печь. Сгоревшая часть предмета вспыхивает в большой огненный шар, в то время как «плазменные шарики» плавают около потолка камеры печи. Некоторые эксперименты описывают накрытие спички перевернутой стеклянной банкой, которая содержит как пламя, так и шарики, чтобы они не повредили стенки камеры. [55] (Однако стеклянная банка в конечном итоге взрывается, а не просто вызывает обугливание краски или плавление металла, как это происходит внутри микроволновой печи.) [ необходима цитата ] Эксперименты Эли Джерби и Владимира Дихтяра в Израиле показали, что микроволновые плазменные шарики состоят из наночастиц со средним радиусом 25 нм (9,8 × 10 −7 дюймов). Команда продемонстрировала это явление с медью, солями, водой и углеродом. [56]
Эксперименты 2007 года включали удары по кремниевым пластинам электричеством, что испаряет кремний и вызывает окисление паров. Визуальный эффект можно описать как маленькие светящиеся, сверкающие шары , которые катятся по поверхности. Двое бразильских ученых, Антонио Павао и Жерсон Пайва из Федерального университета Пернамбуку [57], как сообщается, последовательно изготавливали маленькие долговечные шары, используя этот метод. [58] [59] Эти эксперименты вытекали из теории, что шаровая молния на самом деле является окисленными парами кремния (см. гипотезу испаренного кремния ниже) .
В настоящее время нет общепринятого объяснения шаровой молнии. Было выдвинуто несколько гипотез с тех пор, как это явление было введено в научный оборот английским врачом и исследователем электричества Уильямом Сноу Харрисом в 1843 году [60] и французским ученым Академии Франсуа Араго в 1855 году [61].
Эта гипотеза предполагает, что шаровая молния состоит из испаренного кремния, сгорающего в результате окисления . Молния, ударяющая в почву Земли, может испарять содержащийся в ней кремний и каким-то образом отделять кислород от диоксида кремния, превращая его в чистый пар кремния. По мере охлаждения кремний может конденсироваться в плавающий аэрозоль, связанный своим зарядом, светящийся из-за тепла рекомбинации кремния с кислородом . Экспериментальное исследование этого эффекта, опубликованное в 2007 году, сообщило о создании «светящихся шаров со временем жизни порядка секунд» путем испарения чистого кремния с помощью электрической дуги. [59] [62] [63] Видео и спектрограммы этого эксперимента были предоставлены. [64] [65] Эта гипотеза получила существенные подтверждающие данные в 2014 году, когда были опубликованы первые в истории зарегистрированные спектры естественной шаровой молнии. [5] [46] Теоретические формы хранения кремния в почве включают наночастицы Si, SiO и SiC . [66] Мэтью Фрэнсис назвал это «гипотезой комка грязи», в которой спектр шаровой молнии показывает, что она имеет тот же химический состав, что и почва. [67]
В этой модели предполагается, что шаровая молния имеет твердое, положительно заряженное ядро. Согласно этому основному предположению, ядро окружено тонким электронным слоем с зарядом, почти равным по величине заряду ядра. Между ядром и электронным слоем существует вакуум, содержащий интенсивное электромагнитное (ЭМ) поле , которое отражается и направляется электронным слоем. Микроволновое ЭМ поле прикладывает пондеромоторную силу (давление излучения) к электронам, не давая им упасть в ядро. [68] [69]
Петр Капица предположил, что шаровая молния — это тлеющий разряд, вызванный микроволновым излучением, которое направляется к шару по линиям ионизированного воздуха от грозовых облаков, где он возникает. Шар служит резонансной микроволновой полостью, автоматически подстраивая свой радиус под длину волны микроволнового излучения, так что резонанс сохраняется. [70] [71]
Теория шаровой молнии Генделя Мазер-Солитон предполагает, что источником энергии, генерирующим шаровую молнию, является большой (несколько кубических километров) атмосферный мазер . Шаровая молния выглядит как плазменный кавитон в пучности микроволнового излучения мазера. [72]
В 2017 году исследователи из Чжэцзянского университета в Ханчжоу, Китай, предположили, что яркое свечение шаровых молний создается, когда микроволны попадают в плазменную ловушку. На кончике удара молнии, достигающего земли, может образоваться релятивистский электронный сгусток при контакте с микроволновым излучением. [73] Последнее ионизирует местный воздух, а давление излучения выводит образовавшуюся плазму, образуя сферический плазменный пузырь, который стабильно удерживает излучение. Микроволны, попавшие в ловушку внутри шара, продолжают генерировать плазму в течение некоторого времени, чтобы поддерживать яркие вспышки, описанные в отчетах наблюдателей. Шар в конечном итоге затухает, поскольку излучение, удерживаемое внутри пузыря, начинает распадаться, и микроволны выбрасываются из сферы. Шаровые молнии могут резко взрываться, когда структура дестабилизируется. Теория могла бы объяснить многие странные характеристики шаровой молнии. Например, микроволны способны проходить сквозь стекло, что помогает объяснить, почему шары могут образовываться в помещении.
Джулио Рубинштейн, [74] Дэвид Финкельштейн и Джеймс Р. Пауэлл предположили, что шаровая молния — это отдельные огни Святого Эльма (1964–1970). [ требуется ссылка ] Огни Святого Эльма возникают, когда острый проводник, такой как мачта корабля, усиливает атмосферное электрическое поле до пробоя. Для шара коэффициент усиления равен 3. Свободный шар ионизированного [ требуется дополнительное объяснение ] воздуха может усилить окружающее поле настолько сильно за счет своей собственной проводимости. Когда это поддерживает ионизацию, шар становится солитоном в потоке атмосферного электричества.
Расчет кинетической теории Пауэлла показал, что размер шара задается вторым коэффициентом Таунсенда (длина свободного пробега электронов проводимости) вблизи пробоя. Обнаружено, что блуждающие тлеющие разряды возникают в некоторых промышленных микроволновых печах и продолжают светиться в течение нескольких секунд после отключения питания. [ необходима цитата ] Обнаружено, что дуги, выведенные из мощных низковольтных микроволновых генераторов, также демонстрируют послесвечение. [ необходима цитата ] Пауэлл измерил их спектры и обнаружил, что послесвечение в основном исходит от метастабильных ионов NO , которые долго живут при низких температурах. Это происходило в воздухе и в закиси азота, которые обладают такими метастабильными ионами, а не в атмосферах аргона, углекислого газа или гелия, которые их не имеют.
Солитонная модель шаровой молнии получила дальнейшее развитие [75] [76] [77] Было высказано предположение, что шаровая молния основана на сферически-симметричных нелинейных колебаниях заряженных частиц в плазме – аналоге пространственного солитона Ленгмюра [78] . Эти колебания были описаны как в классическом [76] [77] , так и в квантовом [75] [79] подходах. Было обнаружено, что наиболее интенсивные плазменные колебания происходят в центральных областях шаровой молнии. Предполагается, что внутри шаровой молнии могут возникать связанные состояния радиально колеблющихся заряженных частиц с противоположно ориентированными спинами – аналог куперовских пар. [79] [80] Это явление, в свою очередь, может приводить к сверхпроводящей фазе в шаровой молнии. Идея сверхпроводимости в шаровой молнии рассматривалась ранее [81] [82] В этой модели также обсуждалась возможность существования шаровой молнии с составным сердечником [83] .
Одной из теорий, которая может объяснить широкий спектр наблюдаемых данных, является идея горения внутри низкоскоростной области распада сферического вихря естественного вихря [ неопределенно ] (например, « сферический вихрь Хилла »). [84]
Олег Мещеряков предполагает, что шаровая молния состоит из композитных нано- или субмикрометровых частиц — каждая частица представляет собой батарею . Поверхностный разряд замыкает эти батареи, вызывая ток, который формирует шар. Его модель описывается как аэрозольная модель, которая объясняет все наблюдаемые свойства и процессы шаровой молнии. [85] [86]
Рассекреченный отчет Project Condign приходит к выводу, что плавучие заряженные плазменные образования, похожие на шаровую молнию, образуются в результате новых физических, электрических и магнитных явлений, и что эта заряженная плазма способна перемещаться с огромной скоростью под влиянием и балансом электрических зарядов в атмосфере. Эта плазма, по-видимому, возникает из-за более чем одного набора погодных и электрически заряженных условий, научное обоснование которых неполно или не до конца понято. Одно из предположений заключается в том, что метеороиды, распадающиеся в атмосфере и образующие заряженную плазму, в отличие от полного сгорания или падения в виде метеоритов, могли бы объяснить некоторые случаи этих явлений, в дополнение к другим неизвестным атмосферным событиям. [87] Однако, по словам Стенхоффа, это объяснение считается недостаточным для объяснения явления шаровой молнии и, скорее всего, не выдержит экспертной оценки. [88]
Cooray и Cooray (2008) [89] заявили, что особенности галлюцинаций, испытываемых пациентами с эпилептическими припадками в затылочной доле, аналогичны наблюдаемым особенностям шаровой молнии. Исследование также показало, что быстро меняющееся магнитное поле близкой вспышки молнии достаточно сильное, чтобы возбудить нейроны в мозге. Это усиливает возможность возникновения припадка, вызванного молнией, в затылочной доле человека, находящегося вблизи удара молнии, устанавливая связь между эпилептической галлюцинацией, имитирующей шаровую молнию, и грозами.
Более поздние исследования с транскраниальной магнитной стимуляцией показали, что дают те же результаты галлюцинаций в лабораторных условиях (называемые магнитофосфенами ), и было показано, что эти состояния возникают в природе вблизи ударов молнии. [90] [91] Эта гипотеза не может объяснить наблюдаемые физические повреждения, вызванные шаровой молнией, или одновременное наблюдение несколькими свидетелями. (По крайней мере, наблюдения будут существенно отличаться.)
Теоретические расчеты исследователей из Университета Инсбрука показывают, что магнитные поля, участвующие в определенных типах ударов молнии, потенциально могут вызывать зрительные галлюцинации, напоминающие шаровую молнию. [90] Такие поля, которые находятся на близком расстоянии от точки, в которой произошло несколько ударов молнии в течение нескольких секунд, могут напрямую вызывать активацию нейронов в зрительной коре , что приводит к магнитофосфенам (магнитно-индуцированным зрительным галлюцинациям). [92]
Маникин и др. предложили использовать атмосферное ридберговское вещество в качестве объяснения явлений шаровой молнии. [93] Ридберговское вещество представляет собой конденсированную форму высоковозбужденных атомов, во многих отношениях схожую с электронно-дырочными каплями в полупроводниках. [94] [95] Однако, в отличие от электронно-дырочных капелек, ридберговское вещество имеет длительное время жизни — до нескольких часов. Это конденсированное возбужденное состояние вещества подтверждается экспериментами, в основном группой под руководством Холмлида. [96] Оно похоже на жидкое или твердое состояние вещества с чрезвычайно низкой (газообразной) плотностью. Комки атмосферного ридберговского вещества могут быть результатом конденсации высоковозбужденных атомов, которые образуются в результате атмосферных электрических явлений, в основном из-за линейной молнии. Однако стимулированный распад облаков ридберговского вещества может принимать форму лавины и, таким образом, выглядеть как взрыв.
В декабре 1899 года Никола Тесла предположил, что шары состоят из сильно разреженного горячего газа. [48]
Федосин представил модель, в которой заряженные ионы находятся внутри шаровой молнии, а электроны вращаются в оболочке, создавая магнитное поле. [97]
Долгосрочная стабильность шаровой молнии обеспечивается балансом электрических и магнитных сил. Электрическая сила, действующая на электроны со стороны положительного объемного заряда ионов, является центростремительной силой, которая удерживает электроны на месте при их вращении. В свою очередь, ионы удерживаются магнитным полем, которое заставляет их вращаться вокруг линий магнитного поля. Модель предсказывает максимальный диаметр шаровой молнии в 34 см, при этом молния имеет заряд около 10 микрокулонов и является положительно заряженной, а энергия молнии достигает 11 килоджоулей. [98]
Электронно-ионная модель описывает не только шаровую молнию, но и четочную молнию, которая обычно возникает при распаде линейной молнии. На основе известных размеров четок четочной молнии можно рассчитать электрический заряд отдельной четки и ее магнитное поле. Электрические силы отталкивания соседних четок уравновешиваются магнитными силами их притяжения. Поскольку электромагнитные силы между четками значительно превышают силу давления ветра, четки остаются на своих местах до момента погасания четочной молнии.
Для объяснения шаровой молнии было предложено несколько других гипотез:
Более приземленная теория, предложенная Джоном Абрахамсоном и Джеймсом Динниссом из Университета Кентербери в Крайстчерче, Новая Зеландия, заключается в том, что шаровая молния образуется, когда молния ударяет в почву, превращая любой кремний в почве в чистый пар кремния. По мере охлаждения пара кремний конденсируется в плавающий аэрозоль, связанный в шар зарядами, которые собираются на его поверхности, и он светится от тепла кремния, рекомбинирующего с кислородом.
