Новая теория шаровых молний [ Редагувати ]

Джон Джилман (John Gilman) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе недавно предположил, что по крайней мере одно из свойств шаровой молнии - когезию (cohesion), способность удерживать частицы, составляющие оболочку светящегося шара, вместе на протяжении десятков секунд или даже минут - можно объяснить в терминах атомов Ридберга.

Однако другие исследователи, занимающиеся изучением этого феномена, отнеслись к такому выводу скептически.

Шаровая молния (ШМ) - это довольно редкое и весьма загадочное природное явление, сравнительно медленно движущийся в земной атмосфере световой шар-"файербол" (иногда объект имеет грушевидную форму).

Этот шар испускает очень небольшое количество тепла, но при этом проплавляет дырки в оконных стеклах, перемещается, подобно газовому облаку, а отдельные шарики могут сливаться друг с другом, как капельки жидкости или ртути.

Чаще всего шаровую молнию наблюдают во время грозы, однако это не обязательно. Причины появления и собственно физика шаровых молний до сих пор остаются загадкой, несмотря на то, что природу феномена ученые пытаются постичь уже на протяжении нескольких столетий (причем нередко такие штудии заканчивались трагедиями - например, известно, что ученого Георга Рихмана (1711-1753), совместно с нашим знаменитым Михайло Ломоносовым изучавшим атмосферное электричество в Петербурге, убила сорвавшаяся с громоотвода шаровая молния).

Впрочем, многие не верят в само существование шаровых молний или, по крайней мере, некоторых типов ШМ. Весьма интригующими и необъяснимыми считаются сообщения о появлении шаровых молний в самолетах.

Чаще всего физики сходятся на том, что шаровая молния - это плазменный шар, причем некоторые уточняют, что он весьма похож на те ярко светящиеся плазменные диски, которые формируются при мощных взрывах. Этот "шарик" может достигать 30 сантиметров в поперечнике (обычно 10-20 сантиметров).

Множество теорий шаровой молнии были выдвинуты за последние годы, но ни одна из них, к сожалению, не может описать все наблюдаемые характеристики феномена.

"Хорошая теория должна объяснить как генерацию шаровых молний, так и их стабильное свечение, при котором в течение одной секунды выделяется мощность на уровне 60 ватт, а также характерный цвет (обычно красный или желтый) - и множество других факторов", - говорит Мартин Уман (Martin Uman) из Университета Флориды. Ни одна из существующих теорий, включая теорию Джилмана, пока не может этого сделать, считает Уман.

Джилман предположил, что плазменный шар имеет очень низкую плотность - сопоставимую с плотностью воздуха - и составлен из так называемых ридберговских атомов. Имеются в виду атомы, находящиеся в особом метастабильном состоянии, когда валентный электрон был сильно возбужден и оказался на орбите с высоким квантовым числом.

Надо заметить, что предположения о том, что ридберговское вещество может помочь объяснить природу ШМ, возникали и раньше. Джилман вычислил, что радиус такой электронной оболочки должен быть небывало большим - порядка нескольких сантиметров, и атом, таким образом, будет иметь очень большую поляризуемость.

Силы притяжения Ван-дер-Ваальса, которые увеличиваются при увеличении поляризуемости атомов, могут тогда быть ответственными за когезию между атомами. Значение для энергии связи между атомами в таком случае получится порядка 1/100 связи атомов в металлах.

Джон Абрахамсон (John Abrahamson), который работает над проблемами шаровых молний в Кентерберийском университете (University of Canterbury) в Новой Зеландии, говорит, что модель Джилмана является "образной", но добавляет при этом, что "она не кажется осуществимой по нескольким причинам".

Например, модель Ридберга требует, чтобы каждый электрон был отделен от его ядра расстоянием в несколько сантиметров, а это слишком огромное расстояние для реальных атомных орбиталей.

У Абрахамсона есть своя теория. В 2002 году Абрахамсон и его сотрудник, Джеймс Диннисс (James Dinniss), предположили, что шаровая молния возникает, когда частицы кремния окисляются в атмосфере после удара молнии.

Cправка

Ридберговские состояния - состояния атомов, ионов и молекул с большими значениями главного квантового числа n (высоковозбужденные состояния). Названы в честь шведского физика Йоханнеса Роберта Ридберга (J.R.Rydberg, 1854-1919), впервые экспериментально исследовавшего атомные спектры вблизи границы ионизации.

Ридберговские состояния атомов и ионов характеризуются чрезвычайно малыми (по атомным масштабам) ионизационными потенциалами, большими временами жизни (так как вероятность излучательных квантовых переходов с них мала) и большими радиусами орбит высоковозбужденного (ридберговского) электрона. Переходы между соседними ридберговскими состояниями лежат в радиодиапазоне [Физическая энциклопедия, М., 1988].