Наблюдения шаровой молнии (стр. 4 )

n – число наблюдателей	, с		, с		N, , см
1471, n³ 1	10,4	0,65	70,6	0,35	1495, 21,2
628, n = 1	10,1	0,71	74,4	0,30	661, 21,6
814, n³ 2	10,7	0,60	68,2	0,40	834, 20,6

Таблица 4. Погодные условия.

n – число наблюдателей	, с		, с		N, , см
1058, полная выборка	10,9	0,69	73,3	0,31	1075, 21,9
673, дождь	10,3	0,77	66,3	0,23	676, 19,9
379, ясно, пасмурно	13,2	0,57	90,0	0,43	379, 25,5

Времена полураспада достаточно близки для выборок, приведенных в таблицах. В рассмотренных выборках число короткоживущих молний превышает число долгоживущих молний. Во всех гистограммах также четко просматривается присутствие долгоживущих и короткоживущих образований. Их доли меняются в различных статистических выборках. Процент долгоживущих молний при ясной погоде и в ночных наблюдениях выше (доли 55 и 60 % соответственно и времена полураспада ~с). Увеличение числа молний с большой длительностью жизни при ясной погоде, в ночных наблюдениях, а также при наблюдении с больших расстояний может объясняться естественными причинами. Естественными причинами объясняется также сокращение количество наблюдений с большой длительностью при сильном ветре и урагане.

Долгоживущие молнии имеют больший диаметр, чем короткоживущие. В выборке, содержащей ответы на вопросы анкеты и о размере и о времени наблюдения шаровой молнии, содержится 1485 событий. Средний диаметр в такой выборке равен 21,.2 см, а средние диаметры короткоживущих (947 сообщений, 63,8 %) и долгоживущих молний (538 сообщений) равны 18,8 см. и 26,7 см. соответственно. То же самое справедливо и для других выборок большого объема.

Дополнительно отметим, что при наблюдении с расстояния меньше 10 м количество молний, наблюдавшихся в течение более 100 с. сокращается, приблизительно в два раза (4,2 % против 7 % в полной выборке). Вечером и ночью длительность оценивается большими цифрами (12,5 % наблюдений с длительностью больше 100 с), чем днем и утром (4,73 %). Большая часть гистограмм (там, где число наблюдений достаточно велико) устойчива по отношению к различным выборкам. От уровня образования, возраста наблюдателя, давности наблюдения и числа наблюдателей гистограмма практически не зависит.

Путь, пройденный шаровой молнией.

Пройденное расстояние. Шаровая молния может стоять на месте или двигаться по весьма причудливой траектории. Она может подниматься вверх или опускаться вниз, может огибать предметы, может двигаться горизонтально или вдоль рельефа местности. На движение шаровой молнии оказывают влияние воздушные потоки, всегда присутствующие в атмосфере. При условии, что ее движение не ограничено стенами помещений, она может проходить значительные расстояния в несколько десятков, и даже сотен метров.

На рисунке 5 приведена вероятность того, что молния за время наблюдения пройдет расстояние не большее абсциссы точки (в пересчете на 1000 случаев наблюдения) в зависимости от погодных условий (слева) и при наблюдении в помещении и вне него (справа).

Полные выборки отмечены квадратами, кружками отмечены a) наблюдения в дождь и b) внутри помещения; треугольниками – наблюдения a) в ясную погоду и b) вне помещения; ромбами – a) наблюдения в пасмурную погоду и b) наблюдение объекта как внутри, так и вне помещения. Плавные кривые проведены по соответствующим точкам.

Как видим, расстояние более 50 метров проходят более 50 % молний, которые наблюдают вне помещений и в ясную погоду. В полной выборке, содержащей 1452 ответа на вопрос анкеты о движении шаровой молнии, молнии, проходящие расстояния больше 50 м, составили 18,4 % (267 случая). Неподвижные молнии (молнии, которые прошли расстояние менее метра) наблюдались 158 случаях, т. е. составили 11 %, и почти половина молний прошла расстояние от 1 до
10 метров (46,3 %, 673 случая).

Рис. 5

При наблюдении с больших расстояний заметно возрастает число случаев, когда молния проходит значительные расстояния, т. е. молнии, проходящие значительные расстояния чаще наблюдаются с больших расстояний (точнее, минимальное расстояние до них обычно больше) или: молнии, у которых минимальное расстояние больше, чаще проходят большие расстояния. Сильный ветер и ураган несколько сокращают число молний, проходящих большие расстояния. Вместе с тем надо отметить заметное количество молний, которые проходят расстояния большие 50 м при сильном ветре. При слабом и умеренном ветре проходят расстояние более 50 м около 20,9 % шаровых молний. При сильном ветре эта цифра сокращается до 14,9 %. Утром и днем наблюдается значительно меньше шаровых молний, проходящих расстояния большие 50 м (13,9%), чем ночью и вечером (29,6 %). От уровня образования, возраста наблюдателя, давности наблюдения и числа наблюдателей гистограмма не зависит.

Цвет, светимость, ощущение тепла.

Сила света. Свечение – свойство, которое обычно позволяет обнаружить шаровую молнию. При оценке силы света очевидцы чаще всего называют два интервала в 50-100Вт и 100-200 Вт, которые содержат половину ответов.

Молнии, сила света которых оценивается более чем 500 Вт, составляют 3,9 % в полной выборке, 4,6 %, при наблюдении в пасмурную (без дождя) погоду, 5,0 % при взрыве шаровой молнии, 5,8 % в выборке, в которой наблюдатели видели появление и исчезновение шаровой молнии. Особенно много ярко светящихся молний видели наблюдатели, которые не указывают время суток, в которое производилось наблюдение. Из них 9,1 % оценивают светимость в более чем 500 Вт и 12,3 % оценивают силу света в 200-500 Вт (вместо 6,8% в полной выборке). Несколько ниже, чем в среднем, оценивают число ярко светящихся молний наблюдатели с высшим образованием (2,1 % против 3,5 % в полной выборке для молний с силой света > 500 Вт).

Таблицы 5-7 дают представление о том, как наблюдатели оценивают силу света в зависимости от обстоятельств наблюдения: a) погодных условий; b) времени суток; c) при наблюдении в помещении и вне помещения.

Таблица 5. Сила света в зависимости от погодных условий

a	< 10 Вт	10–50 Вт	50-200 Вт	200-500 Вт	>500 Вт
395, полная выборка	9,6 %	32,4 %	48,1 %	6,9 %	3,0 %
278, дождь	7,2 %	31,7 %	52,1 %	6,1 %	2,9 %
65, пасмурно	15,4 %	26,1 %	43,1 %	10,8 %	4,6 %
49, ясно	16,3 %	44,9 %	32,7 %	6,1 %	0,0 %

Таблица 6. Сила света в зависимости от времени суток

b	< 10 Вт	10–50 Вт	50-200 Вт	200-500 Вт	>500 Вт
447, полная выборка	9,.6 %	34,2 %	49,9 %	4,7 %	1,6 %
304, утро, день	9,5 %	34,2 %	50,3 %	4,3 %	1,3 %
143, вечер, ночь	9,8 %	33,6 %	48,9 %	5,6 %	2,1 %

Таблица 7. Сила света при наблюдении в помещении и вне помещения

c	< 10 Вт	10–50 Вт	50-200 Вт	200-500 Вт	>500 Вт
441, полная выборка	9,7 %	31,5 %	45,8 %	8,4 %	4,6 %
138, внутри помещения	13,0 %	39,9 %	41,3 %	2,9 %	2.9 %
212, вне помещения	8,0 %	27,8 %	47,2 %	11,3 %	5,7 %
91, и внутри и вне	8,8 %	27,5 %	49,5 %	9,9 %	4,4 %

Короткие расстояния (до 10 м) слегка сокращают оценку силы света. Молнии, сила света которых оценивается > 500 Вт, составляют в этой выборке 2,9 %. При расстоянии > 50 м такие молнии составляют 8,3 %. Процент очевидцев, оценивающих силу света шаровой молнии, как лампу 200 Вт и больше, составляет 12,5 % при наблюдении с расстояния > 50 м, и 5,3 % при наблюдении с расстояния > 10 м, 5.3 % при наблюдении днем и 7,7 % - ночью. В таблице 8 приведена оценка света наблюдателями, указавшими время наблюдения шаровой молнии. Рассмотрена полная выборка, а также короткоживущие и долгоживущие образования.

Таблица 8. Сила света в зависимости от времени жизни шаровой молнии

d	< 10 Вт	10–50 Вт	50-200 Вт	200-500 Вт	>500 Вт
601, полная выборка	9,3 %	32,5 %	47,9 %	6,7 %	3,7 %
380, короткоживущие	9,5 %	32,6 %	46,6 %	7,4 %	3,9 %
221, долгоживущие	9,1 %	32,1 %	50,2 %	5,4 %	3,2 %

Гистограмма распределения шаровых молний по силе света практически не зависит от силы ветра, возраста наблюдателя в момент наблюдения, давности наблюдения и числа наблюдателей.

Ощущение тепла от шаровой молнии. В приведенной ниже таблице 9 содержатся ответы очевидцев на вопрос анкеты «Ощущали ли вы тепло от шаровой молнии?» Полная выборка содержит 1327 ответа на этот вопрос и только 5,1 % из них (68 человек) дали утвердительный ответ. В столбцах 2,3,4 таблицы приведены данные об ощущении тепла при наблюдении с расстояний: меньше метра, от одного до пяти метров, и больше 5 метров.

Как видно из таблицы, при наблюдении с расстояния более 5 метров 2,3 % очевидцев утверждают, что они почувствовали тепло, исходящее от шаровой молнии. В этом случае имеет место, скорее всего, психологический эффект. Естественно, что наблюдатели склонны скорее преувеличивать, чем приуменьшать это свойство.

Таблица 9. Ощущение тепла от шаровой молнии

кратчайшее расстояние до шаровой молнии, м	< 1	1 – 5	> 5
общее число случаев в рассматриваемой выборке	274	462	577
число случаев с ощущением тепла	27	27	13
относительное число случаев с ощущением тепла, %	9.8	5.8	2.3

Действительно, при более детальном рассмотрении оказывается, что эти наблюдения относятся либо к детскому возрасту наблюдателя, либо связаны со случаями взрыва шаровой молнии или поджога ею окружающих предметов (стога сена, бумаги и т. д.). И, тем не менее, при наблюдении с расстояния менее одного метра (для всех рассмотренных распределений) только 10 – 12 % наблюдателей говорят о слабом (иногда еле заметном) ощущении тепла. Часто ощущение тепла не вызывает прохождение шаровой молнии на расстоянии 10-20 см от незащищенных одеждой частей тела. Некоторые наблюдатели сообщают и о прямом контакте с шаровой молнией, не вызвавшем никаких ощущений тепла. Однако существует корреляция между силой света и ощущением тепла - тепло чаще ощущается от молний более ярких. Таким образом, молния, излучая свет, практически не излучает тепло; ее температура невелика и составляет около 500-600 К.

Цвет. Оценка цвета шаровой молнии зависит от субъективного восприятия наблюдателя. Очевидцы, наблюдавшие шаровую молнию одновременно, иногда дают разную, хотя и близкую оценку ее цвета. Тем не менее, можно утверждать, что на территории России около
30 % составляют белые молнии, около 58 % - молнии красного конца спектра (красные, желтые, оранжевые) и 12 % составляют молнии синего конца спектра (зеленые, голубые, синие, фиолетовые). Последняя группа является хотя и менее многочисленной, но все же довольно обширной. Это соотношение 30:58:12 (с незначительными вариациями) практически для всех выборок постоянно. Из общей картины выпадают a) наблюдения при распаде шаровых молний, где очевидцы называют 24 % белых и 19,5 % синего конца спектра, и b) ночные наблюдения, в которых очевидцы говорят о 37 % белых молний и 18 % молний синего конца спектра. В таблице 10 приведен цвет шаровой молнии для выборки, в которой указано время наблюдения шаровой молнии.

Таблица 10. Цвет шаровой молнии

	белый	красный	синий
1447, общее число случаев в рассматриваемой выборке	29,4 %	57,8 %	12,8 %
992, короткоживущие молнии	29,3 %	57,3 %	13,4 %
525, долгоживущие	29,2 %	58.5 %	12,3 %

Обсуждение результатов.

Проведенный выше анализ показывает, что собранные по определенной методике данные , составляют статистически-значимый ансамбль. В рассматриваемой работе для анализа наблюдений все анкеты очевидцев были разбиты на две группы: а) на обстоятельства, характеризующие условия наблюдения и наблюдателя, и b) на непосредственно наблюдаемые свойства объекта. Такое разбиение позволило осуществлять выборку по двум или большему числу параметров. Под параметрами понимаются как свойства объекта, так и обстоятельства его наблюдения.

В результате представления данных в компьютере указанным способом появилась широкая возможность исследовать различные свойства шаровой молнии в зависимости от обстоятельств в различных сочетаниях. Например, диаметр и/или время жизни и/или цвет в зависимости от погодных условий, времени суток, образования и возраста наблюдателя и т. д. Исследовать корреляционную зависимость между различными свойствами шаровой молнии. Рассмотренные выборки позволяют достаточно определенно судить о наиболее вероятных внешних характеристиках этого явления - длительности существования, диаметре шаровой молнии, ее цвете и других.

Анализ сообщений очевидцев приводит к выводу о том, что шаровая молния реальное явление с достаточно устойчивыми наблюдаемыми характеристиками. Увеличение статистики в 1.5 раза (~ 1000 [1] и ~ 1500 [2] сообщений) не приводит к изменению средних и наиболее вероятных параметров шаровой молнии. Кроме того, большая часть гистограмм устойчива по отношению к различным выборкам. Это говорит о насыщении первичной информацией и о том, что дальнейший сбор ее вряд ли может изменить полученную картину. Для исследования отдельных свойств шаровой молнии, там, где число наблюдений недостаточно, можно набирать статистику, но (подчеркнем еще раз) эта статистика вряд ли может изменить полученный статистический портрет явления.

Заключение

К исследованию проблемы, изучению природы шаровой молнии подошел не традиционным способом для физика ХХ века, а обратился к очевидцам ее наблюдения. Собранный в течение годов наблюдательный материал завершил важный этап в истории исследования этого загадочного явления природы. За короткий период времени были получены статистически достоверные сведения о наблюдаемых свойствах феномена. Применение физических законов к информации, следующей из описаний, позволило сформулировать основные критерии, которые необходимо предъявлять к гипотезам, претендующим на объяснение природы этого явления и подвергнуть критике гипотезы, противоречащие сделанным оценкам [1]. Поэтому в заключение этой статьи уместно привести соображения по поводу удивительного, но все еще неразгаданного природного явления, которое получило название шаровая молния [3].

Шаровая молния. Итоги наблюдений. (октябрь 1986 - январь 1987г., материал из архива).

Что такое шаровая молния? Поскольку природа ее неизвестна, ответить на этот вопрос совсем не просто. Нельзя дать определения, которое уместилось бы в одной фразе. В сущности, все дальнейшее и есть развернутый ответ на поставленный вопрос.

Но если коротко, то так: шаровая молния - шарообразное светящееся образование, похожее на обособленное перемещающееся тело, которое появляется во время грозы. В отдельности необходимость каждого из свойств, указанных в этом определении, может быть оспорена, однако в совокупности они довольно правильно описывают то, что мы обычно понимаем под шаровой молнией.

Характерный диаметр ее 10-20 см, но встречаются шаровые молнии с диаметром от сантиметра до метра. Как правило, она имеет форму шара, но под действием сил, например, при столкновении с предметами, может упруго деформироваться. Кроме того, на ее поверхности часто наблюдаются волны, которые иногда сопровождаются выбросами вещества (своеобразные "протуберанцы").

Время жизни шаровой молнии, оцениваемое по длительности наблюдений, почти равномерно заполняет интервалы от нескольких секунд до минуты. Реже встречаются случаи, когда оно достигает двух-трех минут. Длительность жизни, по-видимому, растет с увеличением диаметра.

Ее движения очень разнообразны и необычны. Они несколько напоминают движение тел в состоянии невесомости. Она часто парит в воздухе и перемещается по ветру. Иногда притягивается к предметам. Скорость движения обычно 1-2 м/с и, в большинстве случаев, укладывается в интервал 1-10 м/с. В среднем в ее движении преобладает постепенное смещение вниз. Из сказанного можно сделать вывод, что плотность вещества в шаровой молнии близка к плотности окружающего воздуха, но все же больше ее (приблизительно в 1,5 раза по количественным оценкам).

Свечение - свойство, которое обычно позволяет обнаружить шаровую молнию. Однако какие-либо характерные особенности свечения указать трудно. Это относится, прежде всего, к цвету. Красный конец спектра наблюдается чаще, но синий и даже фиолетовый также возможен. Примерно в 20-25 % случаев ее цвет белый.

Температура шаровой молнии не велика, по-видимому, около 200-300 градусов Цельсия, т. е. 500-600 по абсолютной шкале. Поэтому тепла она выделяет значительно меньше, чем можно было бы ожидать по ее цвету. Тем не менее, мощность теплового излучения (около 0,5 - 1 кВт для "средней" молнии, диаметром в 10 см) значительно превосходит мощность излучаемого видимого света (несколько Вт). С другой стороны излучение даже такого количества света при столь низкой температуре указывает на какие-то неравновесные процессы, проходящие в ней.

Шаровая молния не проявляет каких-либо признаков каналов подводящих к ней энергию извне. Запас энергии, заключенный в ней и излучаемый в виде теплового излучения в течение ее жизни, составляет по порядку величины десятки кдж (для молнии среднего диаметра). Старые оценки, согласно которым шаровая молния заключает в себе мега джоули или даже десятки мега джоулей, видимо ошибочны. Энергия, выделяемая при взрывах, как правило, незначительна, хотя в некоторых относительно редких случаях она может достигать нескольких килоджоулей. При непосредственном контакте с предметами, особенно с проводниками тока, она может оплавлять их, выделяя 1 -
10 кДж.

Очень любопытным свойством шаровой молнии является ее способность проникать в узкие отверстия, даже щели, ширина которых значительно меньше ее диаметра, сохраняясь при этом как связное тело. После прохождения через такое отверстие, во время которого она, естественно, сильно деформируется, сплющиваясь по форме отверстия, шаровая молния снова быстро принимает форму правильного шара. Благодаря этому свойству она нередко встречается в закрытых помещениях.

Появление шаровой молнии часто совпадает с разрядом линейной молнии. Однако были описаны также случаи ее появления и без разряда при сильной наэлектризованности тел и поверхности земли. Чаще всего наблюдают появление шаровой молнии из розеток, электроприборов и различных проводников. Этому событию часто предшествует выход светящейся струи, которая затем превращается в светящийся шар. Процесс образования занимает 1 - 2 сек.

Исчезает шаровая молния, либо тихо погасая, либо в результате взрыва, который обычно случается вблизи предметов и даже при прямом контакте с ними. Иногда шаровая молния распадается, выбрасывая из себя куски вещества, которые быстро гаснут.

Наиболее интересной особенностью шаровой молнии являются, сопровождающие ее, электрические явления. То, что обычно принято называть взрывом шаровой молнии, представляет собой скорее электрический разряд, который сопровождается появлением токов в проводниках, связанных с местом взрыва. В результате, кроме оплавления места контакта, иногда наблюдается плавление проводников, перегорание электроприборов, и пробои изоляции в местах, удаленных от шаровой молнии на значительные расстояния. Главная опасность, которую несет в себе шаровая молния, связана именно с этими явлениями. Большинство поражений людей и животных, происходящих от шаровой молнии, представляют собой поражения электрическим током.

Шаровая молния состоит из проводящего вещества, которое слабо удерживает электрические заряды, находящиеся в ней. Вследствие этого она легко рассеивает заряды, накопившиеся на поверхности земли и на предметах во время грозы. В отсутствие таких зарядов встреча с шаровой молнией не опасна. Какова природа этого проводящего вещества, остается пока неясным. Проводники, которые известны нам сегодня, можно подразделить на две группы. Во-первых, это - газообразные проводники, состоящие из электронно-ионной плазмы. Для них характерна малая плотность вещества (сравнимая с плотностью газов) и высокая температура. При низкой температуре, как известно, газы не проводят электрический ток. Во-вторых, мы знаем проводящие конденсированные среды (металлы и электролиты), которые проводят ток при комнатной температуре. Однако такие проводники имеют плотность приблизительно в 1000 раз более высокую, чем плотность газа. Вещество шаровой молнии представляет неизвестный нам до сих пор пример проводника, проводящего ток при относительно низкой температуре и имеющего в то же время плотность газа.

Нет сомнения в том, что со временем такое вещество будет получено в лабораторных условиях и загадка шаровой молнии перестанет существовать.

Литература

1. , (1979, 1985, 1996) О физической природе шаровой молнии, Атомиздат, Энергоатомиздат, Научный мир, Москва.

2. Stakhanova I. G. (1999), Journal of the Moscow Physical Society, Allerton Press, vol. 9, 41-52.

3. , (1987), Персональный архив, Фонд № 000, (Архив Российской Академии Наук).

OBSERVED CHARACTERISTICS OF THE BALL LIGHTNING

I.G. Stakhanova

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation RAS, (IZMIRAN)

*****@***ru

The analysis of evidence gathered from eyewitnesses brings us to the conclusion that the ball lightning is а real event with stable observed characteristics. The data is represented as а multi-dimensional vector in а space of ball lightning properties and observation conditions. Such а representation has allowed to sample the data in one or more parameters, to perform comparison of the results for different ways of sampling, and to investigate stability of the statistical results with respect to the change the sample volume. The directly observed characteristics of the ball lightning are its size, shape, occurrence time, colour, brightness, distance the object covered during the observation period, and sense of heat. To the space of circumstances of conditions of the observation, the phenomenon itself, and description of the observer are referred. The influence of various factors on the observable properties of the ball lightning have been considered.