Главная Общество Наука

Физики научились создавать шаровые молнии под водой

Исследователи из Института физики плазмы имени Макса Планка (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik - IPP) и Берлинского университета имени Гумбольдта (Institut für Physik der Humboldt-Universität zu Berlin - HUB) сумели в лабораторных условиях воспроизвести таинственный природный феномен - образование шаровых молний (плазмоидов - plasmoids). Случилось это 13 мая. Они применили подводный электрический разряд для того, чтобы получить люминесцентные плазменные облака, по своему виду напоминающие классический "файербол", причем это явление наблюдалось на протяжении почти половины секунды, а диаметр подобных "шариков" составлял до 10-20 сантиметров.

Германские физики надеются, что эти искусственные объекты помогут нам лучше понять природу причудливого природного феномена, ну а в перспективе даже позволят разработать генераторы плазмы, необходимой для поддержания реакций термоядерного синтеза.

Природа шаровых молний (ШМ) оставалась загадкой для ученых на протяжении многих столетий. Даже само существование этого феномена в силу его редкости неоднократно подвергалось сомнению, хотя свидетелями его проявления выступали самые уважаемые и авторитетные люди (философ Сенека, Плиний Старший, Карл Великий, Генрих II Английский, Нильс Бор, Петр Капица и др.). Так, по свидетельству Максима Горького, он вместе с А.П.Чеховым и В.М.Васнецовым видел на Кавказе, как такой "шар ударился в гору, оторвал огромную скалу и разорвался со страшным треском". В 1753 году российский ученый Георг Рихман (1711-1753), возможно, даже был убит именно огненным файерболом, сорвавшимся с громоотвода во время рискованных опытов с атмосферным электричеством (проводимых совместно с Михайло Ломоносовым), став тем самым первым человеком, погибшим при проведении электротехнических экспериментов.

Большинство описаний наблюдения шаровой молнии сводится к изображению зависающего в пространстве или неторопливо движущегося по воздуху огненного шара диаметром до 40 сантиметров (иногда объект имеет и грушевидную форму). Этот шар способен менять свой цвет от красного и желтого до голубого и сохранять свою форму на протяжении нескольких секунд или - в редких случаях - даже минут. Затем он исчезает или взрывается с потрясающими разрушениями. "Файербол" 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. Многие ученые считают, что шаровая молния - это плазменный сгусток, порождаемый ударом молнии в землю, однако конкретные механизмы формирования ШМ до сих пор не раскрыты, несмотря на все обилие предложенных теорий (в число которых, впрочем, входят и весьма экзотичные, что берутся объяснить все эффекты вторжением черных дыр, ядерными мини-взрывами или взаимодействием с антиматерией).

Ранее в этом году израильские ученые уже научились создавать плазменные шары с помощью микроволновых печей, предназначенных для выпаривания различных материалов (в свое время и наш знаменитый физик Петр Капица (и его американские последователи) получал в луче радиолокатора светящиеся плазмоиды - шарики плазмы), а вот теперь профессор Герд Фуссман (Gerd Fußmann) и его коллеги применили совершенно иной подход, который, как они утверждают, лежит гораздо ближе к естественным явлениям (сам Фуссман ссылается в пресс-релизе на достижения исследовательской группы из Санкт-Петербурга 4-летней давности, которая, по его мнению, также оказалась гораздо ближе израильтян к воспроизведению нужного явления в его природных условиях, более того, именно те питерские эксперименты и вдохновили немецкую группу).

"Вероятно, шаровая молния возникает в результате взаимодействия атмосферного разряда с водной средой, - говорит Фуссман. - Поэтому мы используем короткий разряд высокого напряжения в 5 тысяч вольт для выпаривания части воды из стеклянного резервуара и создания плазменного шара". Резервуар (стеклянная мензурка с соленой водой) содержит два электрода, один из которых изолирован от окружающей воды глиняной трубой. Высокое напряжение создает огромные токи до 60 ампер - более чем в 200 раз превышающие те, что смертельны для человека, - и заставляет их течь через воду на протяжении 0,15 секунды. Они входят в глиняную трубку, испаряя там воду и превращая ее в светящий плазменный шар, состоящий из ионизированных молекул воды, который в конце концов отрывается от поверхности.

"Наши шары живут до 0,3 секунды после того, как выключен ток - это намного дольше, чем могла бы просуществовать обычная плазма, которая распадается гораздо быстрее", - утверждает Фуссман. Так, например, плазма, используемая в лабораторных опытах по осуществлению управляемого термоядерного синтеза, распадается в пределах миллисекунд после отключения питания.

Несмотря на яркое свечение, шары, судя по всему, имеют невысокую собственную температуру, они горят подобно неоновым лампочкам и даже не воспламеняют подносимую бумагу. Фуссман теперь исследует эмиссионный световой спектр получаемых шаров и пытается проверять, влияет ли на их размер и продолжительность жизни уровень подаваемого напряжения. Научиться управлять плазмой в таких условиях кажется весьма заманчивой перспективой - ведь это может помочь в создании самых оптимальных установок для поддержания термоядерного синтеза путем сжигания массивных плазменных водородных шаров...

Отдельный интерес состоит в том, чтобы заняться доскональным изучением процессов появления шаровой молнии в естественных условиях и сравнить ее свойства со свойствами шаровой молнии, полученной в лаборатории...

Среди альтернативных теорий, объясняющих появление "кары небесной", есть и та, что предложил в 2002 году Джон Абрахамсон (John Abrahamson) из новозеландского Кентерберийского университета (University of Canterbury) и его сотрудник Джеймс Диннисс (James Dinniss). Они считают, что ШМ порождается плазменной пылью - частицами кремния, окисляющимися в атмосфере после удара молнии. Молния локально расплавляет вещество, превращая его в скопление мельчайших наночастиц песка, попадающего в атмосферу. Абрахамсон предположил, что свечение, производимое молнией Фуссмана, могло бы исходить от частиц глины и от металлической пыли выпариваемого электрода. Однако с этим в свою очередь не согласен сам Фуссман. "Предварительные результаты указывают на то, что облако содержит главным образом ионизированный водород и кислород, - говорит он. - В то же время следы меди в этом облаке довольно незначительны".

Эли Йерби (Eli Jerby) из израильского Университета Тель-Авива, получивший (вместе с Владимиром Дихтярем) шаровую молнию в микроволновке, настроен по отношению к своему конкуренту несколько скептически и считает, что новые эксперименты нуждаются в дополнительной проверке другими учеными, которые способны объективно оценить как их новизну, так и научную ценность.

А посмотреть кадры замедленной съемки шаровой молнии можно по данному адресу (3,7 MB, AVI). И вот тут (1,6 МБ, MPEG).

Источники:
Ball-lightning in the laboratory - Max-Planck-Institut für Plasmaphysik - Press releases
Kugelblitze im Labor (ball-lightning) - Institut für Physik der Humboldt-Universität zu Berlin
Physicists create great balls of fire - New Scientist

Ссылки:
Загадка в форме шара
Конденсированное ридберговское вещество - Э.А.Маныкин, М.И.Ожован, П.П.Полуэктов
Электронно-ионная модель шаровой молнии - С.Г.Федосин, А.С.Ким
Электродинамическое объяснение природы шаровой молнии - С.Б.Алеманов
Физика шаровой молнии - А.И.Марколия, А.Ф.Попов

Статья

Новая теория шаровых молний

Джон Джилман 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.

Статья

Ученые Тайваня открыли новое природное явление

Ученые обнаружили новый тип молний - "гигантские струи" - которые "связывают" вершины облаков с ионизированным слоем атмосферы, называемым ионосферой. Изучение высотных вспышек, или так называемых переходных люминесцентных событий, которые теперь включают "гигантские струи", "синие струи", "эльфы" и "спрайты" (другие названия - "феи", "тролли" или даже "домовые"), все еще находится в зачаточном состоянии.

Статья

До своей гибели астронавты Columbia успели заснять неизвестное атмосферное явление

Вспышка произошла приблизительно на 150 километров выше уровня океана над Мадагаскаром, при этом ее связь с грозами отрицается. "Я точно не знаю, что мы видели, - говорит Йоав Яир из израильского Открытого университета. - Я только знаю, что это не может оказаться ничем из того, что мы наблюдали ранее - это нечто экстраординарное".

Статья

Причины полярных сияний на Юпитере отличны от земных

Ученым удалось получить новые сведения об источниках питания юпитерианских полярных сияний - то есть самых захватывающих и обширных "аврорах" всей нашей Солнечной системы. Тщательный мониторинг за состоянием атмосферы гигантской планеты, проводимый специалистами NASA с помощью космической рентгеновской обсерватории "Чандра", позволил обнаружить присутствие заряженных частиц, врезающихся в атмосферу над полюсами газового гиганта.

Статья

Драконов шторм на Сатурне

Большое яркое замысловатое пятно, появившееся в южном полушарии Сатурна в середине сентября прошлого года, было идентифицировано как крупная буря конвективного типа. Атмосфера Сатурна и его кольца показаны на этом снимке, сделанном АМС "Кассини", в псевдоцветах, отображающих информацию, полученную путем исследования инфракрасного диапазона.

Статья

Получен рекордный ультрахолодный "атомный снежок"

2500 атомов натрия охладили до половины миллиардной части градуса выше абсолютного нуля - температуры, при которой колебания атомов почти полностью замирают. В результате получается ни много ни мало как принципиально новое, пятое состояние вещества - так называемый конденсат Бозе - Эйнштейна.

Статья

Силу, возникающую из пустоты, приспособят к чему-нибудь путному

Генрих Казимир еще в 1948 году предложил эксперимент, который мог бы подтвердить квантовую теорию физического вакуума (то, что вакуум на самом деле не пуст, а заполнен то и дело виртуально возникающими и исчезающими парами частиц и античастиц). Теперь американские исследователи сумели проверить этот эффект с точностью до 0,5 %. Выяснилось, что эффект Казимира действительно должен серьезно влиять на наноразмерные устройства.

Статья

Последняя нерешенная проблема классической физики близка к решению благодаря сверхтекучему гелию

Это кажется невероятным, но теории гидродинамической турбулентности в завершенном виде не существует до сих пор, созданы только так называемые полуэмпирические теории турбулентности. Вообще это является одной из важнейших проблем современной теорфизики. Теперь сделан важный шаг в описании турбулентности в сверхтекучем гелии-3, что может помочь, наконец, в решении проблемы турбулентности и в классических жидкостях.

Статья

Большой взрыв руками физиков-ядерщиков: подтверждено получение кварк-глюонной плазмы

Недавние контрольные эксперименты добавили уверенности "творцам Большого взрыва" из Брукхэвена: похоже, им действительно удалось получить кварк-глюонную плазму - то есть материю, находящуюся в принципиально новом состоянии. Согласно современным теориям, кварк-глюонная плазма существовала только в первые 10^-5 с после Большого взрыва. Когда-то предрекали, что подобные эксперименты могут привести чуть ли не к концу всей нашей Вселенной или, по меньшей мере, к формированию микроскопической черной дыры, которая затем затянет внутрь себя все, до чего сможет дотянуться.

Статья

Загадка солнечных нейтрино решена

Удалось обнаружить эффект "исчезновения" нейтрино. Этот эффект свидетельствует о том, что нейтрино имеют массу и могут осциллировать - то есть превращаться из одного типа в другой. Стандартная модель элементарных частиц, которая успешно использовалась фундаментальной физикой с 70-х годов прошлого века, требует серьезной модернизации.

Статья

"Отпечатки пальцев" в небе нашли свое объяснение

Группа физиков опубликовала статью, где дается объяснение известного с позапрошлого века феномена, который в буквальном смысле слова находится перед нашими глазами, но до сих пор не поддавался удовлетворительному объяснению. Речь идет о поляризации света в дневном небе и о тех фигурах, что можно наблюдать в поляризационных очках.

Статья

Физика: 9 важнейших нерешенных вопросов

Череда недавних громких астрономических открытий заставила признать тревожный факт: та материя во Вселенной, про которую мы хоть что-то знаем, составляет не более 5% нашего мира. А остальное приходится на неизвестные формы "темного вещества" и "темной энергии". При этом резко повысилась роль физики элементарных частиц, от которой теперь требуют раскрытия основных законов природы, управляющих этим самым темным веществом, темной энергией и т.д.

Статья

Французский физик раскрыл тайну поющих дюн

Люди издавна знают о странных звуках, что слышатся иногда в пустыне или на побережье, где возвышаются груды песка. Известно, что эти звуки производятся дюнами или барханами в тот момент, когда вниз скатывается лавина, состоящая из мелких песчинок, однако конкретный механизм, за счет которого порождаются эти звуки, до сих пор оставался тайной.

Статья

Математики нашли новую идеальную форму

Сталактиты растут за счет просачивания воды сквозь трещины, щели и поры в сводах пещеры. Их формы могут быть весьма прихотливыми, однако, как выясняется, в основе каждого такого образования лежит одна и та же уникальная математическая формула, определяющая его идеальную форму.

Статья

Удалось обнаружить неуловимые "факелы" земной мантии

Использование детализированных сейсмических данных позволило ученым получить самую ясную картину того, как "работают" земные "внутренности". Эти изображения дали, в частности, долгожданное прямое свидетельство существования так называемых магматических плюмов или "факелов" земной мантии - гигантских колонн из расплавленной магмы, рождающейся глубоко внутри нашей планеты (на уровне нижней мантии) и поднимающейся до уровня литосферы, которые были предсказаны еще в 1970-х гг.

Статья

"Пришелец", найденный на советской военной базе в Йемене, прилетел с Фобоса

Уникальный метеорит, который упал на советскую военную базу в Йемене, возможно, прилетел к нам с одной из марсианских лун. На Земле к настоящему времени уже найдено несколько "пришельцев", чья принадлежность к Красной планете более-менее доказана, однако метеорит, состоящий из вещества марсианского спутника, пока единственный.

Статья

Спутники будут сажать на привязь

Хозяйственная деятельность человека в космосе развернулась уже столь масштабно, что самое время научиться убирать за собой мусор, чтобы не превращать все околоземное пространство в подобие привокзального общественного туалета. Американская фирма разработала небольшое устройство, использующее для сведения старых спутников с орбиты электродинамический эффект.

Статья

NASA ударилось в фантастику (12 проектов)

Институт передовых концепций NASA объявил о начале первой фазы отбора предложений по развитию исследований космоса. Выступая посредником между космическим агентством и людьми, готовыми предложить революционные концепции, которые могли бы кардинальным образом изменить подход NASA к космическим исследованиям, сотрудники института выбрали 12 проектов, претендующих на то, чтобы значительно расширить границы изученного космоса.

Статья

В гибели шаттла Columbia обвинены советские спутники

Свыше 100 тысяч металлических частиц находятся на орбите Земли, представляя собой серьезную опасность для космических кораблей. Источником этих частиц диаметром от 5 до 50 мм послужили спутники советской эпохи. Паразитные частицы поперечником в несколько миллиметров могли пробить отверстие в передней кромке крыла космического "челнока" и тем самым послужить причиной гибели корабля.

Статья

Капсула с солнечным веществом врезалась в землю

NASA сообщило о неудачном завершении уникального, пока что единственного в своем роде эксперимента, направленного на сбор образцов солнечного вещества, рассеянного в космическом пространстве. Они находились в спускаемой капсуле автоматического зонда Genesis, которая 8 сентября упала на территории военного полигона в американском штате Юта.

Статья

NASA изучит загадочные облака-пришельцы

Феномен фосфоресцирующих серебристых облаков, за последние годы необычайно "расплодившихся" по всему миру, вскоре будет изучен новым специализированным космическим аппаратом NASA. В будущем эти облака хотят использовать как "зонтик" для Земли и обратить процессы глобального потепления вспять.

Статья

Измерена истинная продолжительность суток на Сатурне

Измерение периода вращения планет с твердой поверхностью для астрономов сейчас не составляет особого труда, а вот в случае газовых гигантов наподобие Сатурна проблемы до сих пор остаются. Из разразившегося кризиса позволили выбраться измерения параметров магнитного поля гигантской планеты.

Статья

От космических взрывов Землю хранят металлы

Согласно новому исследованию, гамма-всплески могут случаться в основном лишь в небольших бесформенных галактиках, которые испытывают серьезный недостаток в химических элементах тяжелее водорода и гелия.

Статья

Жизни на Земле угрожают "галактические нырки"

Солнечная система в процессе своего движения в составе галактического диска периодически переходит то в "верхнюю" его часть, то в "нижнюю" и таким образом время от времени подвергается более высоким дозам опасного космического излучения.

Статья

Юпитер открывает второй красный глаз

На лике планеты-гиганта Юпитера помимо знакомого всем Большого Красного Пятна "открылся" и меньший "глаз" (Oval BA), который лишь совсем недавно стал красным. Покраснение Oval BA может быть связано с нарастающей мощью этого нового шторма.

Статья

Холод на Европу обрушился из-за чумы

Европейский "малый ледниковый период", длившийся около трех столетий подряд, был, возможно, спровоцирован чудовищной эпидемией чумы, разразившейся в XIV столетии. Таков вывод исследования, проведенного голландскими климатологами.

Статья

Наступает новый ледниковый период

По поводу причин и самого направления климатических изменений на Земле существуют прямо противоположные точки зрения, однако кое-кто уже предлагает послать на борьбу с холодом 8 тысяч барж с соленой водой.

Статья

Глина подарила земным животным кислород

Активизация различных природных процессов, сопровождаемых отложениями глины, могла привести к решающему и довольно быстрому увеличению концентрации атмосферного кислорода, что в свою очередь послужило толчком к эволюции многоклеточных организмов.

Статья

В пасмурной погоде повинны космические лучи

Новое свидетельство того, что события в далеком космосе могут самым непосредственным образом отражаться на погоде и климате Земли, было получено британскими метеорологами. Отныне придется учитывать космическое излучение при моделировании климатических условий в прошлом и будущем.

Статья

Ада на Земле не было

Новое исследование, осуществленное международной группой специалистов под руководством профессора Марка Харрисона, грозит радикально изменить современные представления о самой ранней эпохе существования Земли.

Статья

Раскрыта тайна суперветров Юпитера

Новая компьютерная модель юпитерианской атмосферы позволила вывести заключение, согласно которому мощные ветры этой газовой планеты-гиганта порождаются ее глубинами, а для энергетической подпитки всех этих процессов используется внутреннее тепло недр.

Статья

Солнечные бури защищают астронавтов

Повышенная солнечная активность на самом деле только сыграла на руку нашим космическим посланцам: бури на Солнце привели к тому, что на борту МКС уровень радиации заметно снизился.

Статья

Энцелад пустил пыль в глаза ученым

Энцелад становится одним из самых интересных объектов для исследования с помощью приборов АМС "Кассини". Удалось зарегистрировать присутствие частиц пыли возле этого спутника Сатурна, а теперь планируется сблизиться с Энцеладом до экстремальных 175 км.

Статья

Десятисекундный армагеддон

Американские исследователи считают, что случаи массовой гибели живых существ на Земле можно объяснить, если использовать информацию о мощнейших звездных взрывах, получивших наименование гамма-всплесков. Удалось составить возможный сценарий подобного армагеддона.

Статья

Бури на Солнце съели земной озон

Мощнейшие магнитные бури на Солнце послужили причиной истончения озонового слоя в арктических широтах. Эффект оказался подобен всем известному "эффекту домино" (когда одна упавшая костяшка вызывает падение всех остальных), и начался он в октябре-ноябре 2003 года, когда Солнце испустило рекордное количество заряженных частиц, устремившихся к Земле. Уровень солнечной радиации тогда превысил все мыслимые пределы.

Статья

Спутники уподобятся рыбешкам

Для того, чтобы ловить и забрасывать на более высокие орбиты спутники, американские инженеры планируют применять "рыболовный линь" длиной 100 километров. Эта привязь, которой вначале предстоит пройти ряд наземных испытаний, в будущем поможет значительно снизить расход ракетного топлива, используя в своих целях всего лишь солнечную энергию и геомагнитное поле.

Статья

Санта-Клаус как физическое лицо

Когда вычисления, проведенные отдельными въедливыми учеными, убедительно показали, что законы природы просто не позволили бы Санта-Клаусу развезти все подарки в срок (ведь если бы бедный Санта попытался это проделать, то от сумасшедшей скорости он просто сгорел бы в атмосфере), в рядах поклонников этого чудесного персонажа распространилось уныние. Однако теперь соединенные усилия нескольких экспертов позволили заключить, что на самом деле Санта вполне может выполнить свою работу.

Статья

Раскрыта тайна земного гула

Впервые "гудение" Земли описали японские сейсмологи в 1998 году. Этот звук представляет собой глубокий низкочастотный рокот, наполняющий недра нашей планеты даже тогда, когда нет никаких землетрясений, на которые его можно было бы списать. Сигналу, названному "земным гулом", в предыдущих исследованиях не придавали большого значения, поскольку он был слишком похож на помехи, возникающие в аппаратуре.

Статья

"Марс-Экспресс" позволил узнать, куда пропала вода из марсианской атмосферы

Данные, накопленные прибором ASPERA-3, который установлен на борту автоматической межпланетной станции "Марс-Экспресс", позволяют дать ответ на вопрос, каким образом современный Марс стал настолько сухим. Ведь теперь ученым известно, что 3,8 миллиарда лет назад вода покрывала значительную часть марсианской поверхности, а ныне мы наблюдаем почти полностью "обезвоженную" Красную планету.

Статья

Солнечные шипы оказались тайной звездной песней

Анализ видеороликов, на которых с высоким разрешением запечатлена солнечная поверхность, позволил раскрыть 127-летнюю тайну происхождения хромосферных спикул - струй вещества характерной "шипастой" остроугольной формы, постоянно извергаемых нашим светилом со скоростью 20-30 километров в секунду.