Шаровая молния: почему её так трудно поймать приборами

Светящийся шар размером с яблоко или футбольный мяч появляется во время грозы, движется на уровне человеческого роста, иногда влетает в помещение через окно или дымоход и исчезает — тихо или с хлопком. Всё это длится несколько секунд.

Описания такого рода известны столетиями. В 1753 году в Петербурге при опыте с «громовой машиной» погиб академик Георг Вильгельм Рихман — эпизод, который традиционно приводят как исторический случай шаровой молнии, хотя реконструировать его по описаниям современников можно лишь приблизительно.

До второй половины XX века значительная часть физиков считала явление оптической иллюзией или ошибкой памяти. Сейчас его признают реальным, но общепринятой теории по-прежнему нет — редкое и поучительное положение дел.

Что говорят свидетельства

Крупные сводки наблюдений — а их собирали и в СССР, и в Европе, и в США — дают довольно устойчивый портрет. Диаметр чаще всего от десяти до сорока сантиметров, время жизни от одной до нескольких секунд, редко до минуты. Движение обычно горизонтальное, со скоростью идущего человека, часто вдоль проводов или воздуховодов. Появление привязано к грозе, нередко к моменту сразу после близкого разряда.

Опросы дают неожиданно высокие цифры: в разных странах от трёх до пяти процентов респондентов утверждают, что видели шаровую молнию хотя бы раз. Для явления, которое ни разу не удалось поставить перед камерой намеренно, это подозрительно много. Скорее всего, часть сообщений относится к другим вещам: к остаточным изображениям на сетчатке после яркой вспышки, к дуге на оборванных проводах, к фонарям и отражениям.

Почему это трудно изучать

Сложность здесь не в скептицизме исследователей, а в самой постановке задачи:

• явление возникает непредсказуемо и длится секунды, времени на подготовку нет
• аппаратура для исследования гроз нацелена на канал разряда в небе, а не на землю под ним
• обычные камеры при таких яркостях уходят в насыщение и не дают информации о спектре
• лабораторные плазмоиды похожи внешне, но живут доли секунды и требуют непрерывной подпитки энергией
• почти все данные — это рассказы, записанные после события, а память достраивает детали

Из-за этого поле десятилетиями оставалось областью гипотез, где спорить было можно, а проверять — нечем.

Единственный спектр

В июле 2012 года группа Северо-Западного педагогического университета в Ланьчжоу под руководством Пин Юаня вела на плато Цинхай обычную работу: снимала грозовые разряды бесщелевыми спектрографами и высокоскоростными камерами. Приборы случайно захватили светящийся шар, возникший сразу после разряда в землю. Он существовал около полутора секунд и сместился примерно на пятнадцать метров.

Результаты опубликовали в Physical Review Letters в январе 2014 года. Главное в них — не изображение, а спектр. В свечении обнаружились линии кремния, железа и кальция, то есть тех элементов, из которых состоит почва в точке удара молнии.

Это лучшее из имеющихся подтверждений гипотезы, предложенной в 2000 году новозеландскими химиками Джоном Абрахамсоном и Джеймсом Диннисом. По их модели разряд восстанавливает кремнезём почвы до наночастиц кремния, те слипаются в рыхлую нитевидную сеть, которую поднимает горячий воздух, и эта сеть медленно окисляется, светясь при этом.

Одно наблюдение не закрывает вопрос. Оно показывает, что как минимум один механизм существует, — но не доказывает, что все описанные случаи имеют ту же природу.

Другие объяснения

Пётр Капица в 1955 году предположил, что шар не хранит энергию сам, а получает её извне — от стоячих высокочастотных волн между облаком и землёй. Гипотеза объясняла долгую жизнь объекта, но требовала источника излучения, который в грозу не подтверждён. Плазмоиды, которые Капица получал в резонаторе, гасли сразу после отключения генератора.

Бразильские физики Герсон Пайва и Антониу Паван в 2007 году, действуя дугой по кремниевой пластине, получили светящиеся шарики, жившие до восьми секунд и способные подпрыгивать и оставлять ожоги. Это ближайший лабораторный аналог, но по размеру он в разы меньше того, что описывают очевидцы.

Отдельная линия рассуждений принадлежит австрийским физикам Йозефу Перу и Александру Кендлю, показавшим в 2010 году, что магнитное поле серии повторных разрядов способно вызвать в зрительной коре наблюдателя фосфены — светящиеся пятна, воспринимаемые как реальный объект. Эта версия хорошо объясняет сообщения о шарах, увиденных сквозь стену или с закрытыми глазами, и ничего не говорит о случаях с прожжёнными предметами.

Шаровая молния сегодня — редкий пример явления, признанного научным сообществом без объясняющей теории. Она не обещает новой физики: все обсуждаемые механизмы работают в рамках известных законов. Её ценность в другом — это напоминание, что существование объекта и понимание объекта разделены иногда очень широкой полосой, и что честный ответ «зафиксировано, но не объяснено» вполне рабочий.