Зоя Семенова - Кто охотится за молнией
ПОРТРЕТ ОГНЕННОГО ШАРА.
О трагедии на Васильевском острове помнят многие. Но мало кто знает, что Рихман погиб не от простой, линейной молнии, а от шаровой. На это, в частности, указывает и рисунок Соколова. На нем изображен некий светлый сгусток, двигавшийся, судя по всему, практически горизонтально... Вот на какую подробность обратил когда-то мое внимание доктор физикоматематических наук И.М.Имянитов - пожалуй, один из старейших исследователей шаровой молнии в нашей стране. В то время, когда мы с ним разговаривали, Илья Моисеевич возглавлял одну из лабораторий Главной геофизической обсерватории имени А.И.Воейкова, расположенную там же, в Санкт-Петербурге, где была когда-то и лаборатория Рихмана. - И все-таки, несмотря на это и многие другие свидетельства, - продолжал свой рассказ Имянитов, - шаровой молнии долгое время официальная наука отказывала даже в самом факте ее существования. Почему? Уж очень странно она себя ведет... Действительно, зачастую огненные шары ведут себя столь необычно, что ученые, слушая рассказы людей, видевших это чудо природы, скептически полагали, что свидетели "врут, как все очевидцы". В самом деле, разве легко поверить, скажем, такому случаю: "Кажется, в 1826 году удар грома разразился над домом одного из моих приятелей в Антоне, где я занимался медицинской практикой. Дом этот находится на высоте от 30 до 40 метров над уровнем Эльбы. Друг мой, доктор Ван дер Смиссен, прохаживался по своей гостиной, когда раздался удар грома; в то же самое мгновение огненная масса появилась на полу комнаты и пробежала в виде овального шарика величиной с куриное яйцо, близ стены, покрытой по здешнему обыкновению лаком. Шарик катился к двери со скоростью бега мыши; там, произведя новый взрыв, он перескочил через перила лестницы, ведущей на нижний этаж, и исчез точно так же, как и явился, не причинив никакого вреда..." А вот вам другое свидетельство: "Полный месяц светил с небесной высоты. На минуту я остановился и увидел впереди себя какой-то странный свет. Кто-то навстречу мне шел с фонарем. "Вот чудак! - подумал я. - В такую-то светлую ночь кто-то идет с огнем." Через несколько секунд я увидел, что фонарь был круглый и матовый. "Вот диво! - снова подумал я. - Кому в голову могла прийти мысль идти по тайге с китайским бумажным фонариком?" Странный свет приближался. Местность была неровная, и свет то приближался к земле, то поднимался вверх... Тишина была полная, ни голосов, ни шума шагов .не было слышно. Тогда я окликнул и спросил, кто идет. Мне никто не ответил. И вдруг я увидел, что фонарь движется не по тропе, а в стороне от меня, над зарослью. Мне стало страшно оттого, что я не мог объяснить, с кем или с чем имею дело. Это был какой-то шар величиною в два кулака матово-белого цвета. Он поравнялся со мной, и я хорошо мог его рассмотреть. Раза два его внешняя оболочка лопалась, и тогда внутри него был виден яркий бело-синий свет. От шара тянулся тонкий, как нить, огненный хвостик..." Таковы литературные свидетельства начала века. Первый фрагмент взят из упоминавшегося труда Ф.Араго, второй - из воспоминаний хорошо известного исследователя Дальнего Востока В.К.Арсеньева. А вот вам и третий факт, относительно недавний. На шкафу известного альпиниста Иосифа Кахиани стоят альпинистские ботинки. Ботинки эти "лопнули по всем швам, когда на хребте Улу-тау-Чаны в меня ударила шаровая молния, - вспоминал Кахиани. - Случай этот называют то уникальным - фотоаппарат на груди расплавился и одежда в клочья, а человек выжил, то курьезным - человека вышвырнуло из ботинок...". И это только три случая из многих тысяч, собранных человечеством за последних три столетия. Таков был один источник сведений о шаровой молнии. Вторым источником послужили письма читателей, пришедшие в качестве откликов на одну из книг И.М.Имянитова о шаровой молнии. И наконец, был третий источник - подобную же работу проделали в Окридже (США), в Лаборатории атомной энергии. Ее сотрудники провели опрос 15 923 человек. Из них 513, то есть 3,2%, видели своими глазами шаровую молнию. Аналогичный опрос также проводился НАСА. И вот какие свидетельства были собраны по другую сторону океана: "...Молния, вероятно, ударила в наш дом или около. Проволока внешней антенны была расщеплена, но не расплавилась. Там, где антенна входила в комнату, окно было немного раскрыто. Казалось, что шар возник на окне, очень быстро полетел к центру комнаты и вылетел". "...Я видел, как огненный шар спустился с неба и ударился о колючую проволоку, прикрепленную к деревянному забору. В течение нескольких минут шар двигался вдоль проволоки и затем исчез. Появление шара сопровождал странный шуршащий звук. Сначала шар казался больше, чем в конце. Полагаю, что диаметр шара был не менее 4 дюймов, но и не более 18 дюймов. Я осмотрел забор через несколько минут после исчезновения шара и обнаружил, что концы зажимов были теплыми и немного обгоревшими..." "...Через несколько секунд после того как в окрестности ударила молния, мы обнаружили, что около дома короткими змеевидными толчками передвигается яркосветящаяся сфера величиной с кулак. Затем этот светящийся шар проник через закрытое окно в комнату, на глубине примерно трех футов он совершил неожиданный поворот на девяносто градусов параллельно стене и продвинулся еще на фут дальше в глубь комнаты. Затем он взорвался, и светящаяся сфера исчезла с коротким оглушающим звуком..." Когда специалисты собрали все эти описания вместе, проанализировали их, стало понятно, что огненные шары вовсе не выдумка очевидцев; в каждом из "портретов" проглядывают типичные черты. - Вот какое описание шаровой молнии было создано общими усилиями, продолжал рассказ Имянитов. - Чаще всего огненный шар представляет собой сферу, овал или диск. Изредка он похож на стержень. Средний диаметр светящегося шара от 15 до 40 сантиметров. 75 процентах случаев наблюдатели видели белые, желтые и розовые молнии. Чаще всего огненные шары возникают во время грозы и живут от 5 до 30 секунд. Иногда несколько минут. Как правило, они заканчивают свое существование взрывом, хотя могут исчезнуть и тихо, бесшумно... Теперь нужно как-то объяснить существование в природе столь странных образований. "Силясь все понять - откуда явился летучий неба огонь и куда повернулся, и как через стены внутрь он проник и оттоль, похозяйничав, выбился снова", как писал Лукреций, ученые выдвигали одну гипотезу за другой. Ученый XIX века Пфейль считал, к примеру, что шаровая молния представляет собой ком, состоящий из "космической пыли, перемешанной со снежными кристаллами и окруженной горючими газами, которые образуются сжатием насыщенных электричеством туч". Араго и Хильденбрасен видели в шаровой молнии уплотненные соединения азота с кислородом, "сильно пропитанные молниевой материей". Наш соотечественник Н.А.Гезехус в начале XX столетия пришел к выводу о существовании шаровых молний двух типов: шар-конденсатор с азотом и молния-вихрь... И добро бы, эти споры велись только с чисто теоретических позиций. Нет, огненные шары интересовали некоторых деятелей от науки и чисто практически. Одним из первых, вероятно, на это обратил внимание наш известный писатель-фантаст Александр Беляев. В 1939 году он пишет ныне почти забытую повесть "Замок ведьм". Сюжет повести незамысловат. Где-то в Судетах, на территории, захваченной нацистами Чехо-Словакии, в заброшенном замке начинает работать некая секретная лаборатория. И вот однажды ночью местный житель Иосиф Ганка видит, как "вдруг в окне показался ослепительно яркий огненный шар величиною с крупное яблоко. Как при свете молнии, ярко озарились стволы сосен. Шар пролетел в отверстие окна и остановился в воздухе как бы в нерешительности, куда направить путь. Потом медленно двинулся вперед от башни по прямой, пролетел несколько десятков метров и начал поворачивать вправо, все ускоряя движение по направлению к одиноко стоящей старой сосне. Вот шар совсем близко подлетел к дереву, скользнул по суку, расщепив его, и с оглушительным треском вошел в ствол. Сосна раскололась и тотчас запылала, окруженная дымом и паром. Из окна в башне раздался торжествующий крик и показалась голова старика со взлохмаченными седыми волосами, освещенная красным пламенем горящей сосны". В общем, некий профессор Губерман не только создает искусственные шаровые молнии, но и пытается управлять их движением, чтобы превратить "небесный огонь" в надежное оружие. Лично мне пока так и не удалось докопаться, знал ли А.Р.Беляев, когда писал эту повесть, об опытах с искусственной шаровой молнией, проводимых в ставшем ему родным Ленинграде. Но такие опыты действительно велись. Причем они были продолжены даже в кольце осады. В грозном 1942 году журнал "Техника - молодежи" писал: "...Медные полудуги многослойным кольцом охватили основание громадного стеклянного баллона. Постукивает вакуум-насос. Из баллона откачивается воздух. У приборов доктор технических наук Г.И.Бабат и его молодые помощники Игорь Капралов, Наум Айзенбер и Григорий Левенец. - Включить высокую частоту! - командует Г.И.Бабат. Щелкает рубильник, и в баллоне возникает багрово-огненное кольцо. - Повысить давление! В баллон с легким шипением начинает поступать воздух. Багровое кольцо по мере повышения давления стягивается в шар. Цвет его изменяется от фиолетового до зеленого. Давление приближается к атмосферному. В баллоне уже пульсирует ослепительно белый шар. С его поверхности вырываются языки пламени..." Профессор Бабат и его коллеги получили безэлектродный электрический разряд в переменном поле высокой частоты - 60 миллионов колебаний в секунду. В кварцевой трубке возникала обычная электрическая дуга. Затем электроды раздвигались, и огненный шар некоторое время жил самостоятельно. Бабат считал, что шаровая молния - это плазма, созданная линейной молнией, и что она находится в стремительном вращательном движении. Но в природе нет источника энергии, подобного тому, что был использован в опытах Бабата, и поэтому трудно предположить, что шаровая молния в природе образуется именно таким образом. Громоздкость же лабораторной установки, большое энергопотребление лишали возможности хоть как-то использовать модель Бабата на практике. Но начало плазменным разработкам шаровой молнии было положено. Уже после окончания войны в 1965 году академик П.Л.Капица подсчитал, что собственных запасов энергии в шаровой молнии должно хватить на ее существование в течение... сотых долей секунды. Шаровая же молния в природе существует иногда несколько минут, причем довольно часто кончает свое существование взрывом значительной силы. Откуда берется на это энергия? "Если в природе не существует источников энергии, еще нам неизвестных, писал по этому поводу П.Л.Капица, - то на основании закона сохранения энергии приходится принять, что во время свечения к шаровой молнии непрерывно подводится энергия, и мы вынуждены искать этот источник вне объема шаровой молнии". И он нашел такой источник. Академик Капица теоретически показал, что шаровая молния, наблюдаемая в природе, представляет собой высокотемпературную плазму, существующую довольно длительное время в результате резонансного поглощения или интенсивного поступления энергии в виде радиоволнового излучения. Он высказал мысль, что искусственная шаровая молния может быть создана с помощью мощного потока радиоволн, сфокусированного в небольшой области пространства. Естественная шаровая молния представляет собой шар диаметром около 20 см, что соответствует длине волны около 70 см. А лет пять тому назад в одной из лабораторий НИИмеханики МГУ под руководством А.М.Хазена была создана еще одна теория огненного шара, которая органично соединила в себе достоинства предыдущих. Исследования показали, что в грозовую погоду природа не только мечет молнии, в это время в атмосфере проносятся невидимые энергетические волны. В грозу под действием разности потенциалов в атмосфере начинается направленный дрейф электронов, их перетекание из облака в землю. При этом электроны то и дело сталкиваются с атомами воздуха. Причем данные столкновения происходят, казалось бы, вопреки здравому смыслу: чем выше скорость электронов, тем... реже они сталкиваются с атомами. Это приводит. к тому, что отдельные атомы, достигшие некой критической скорости, скатываются вниз, словно бы с горки. Такой "эффект горки" перестраивает войско заряженных частиц. Они начинают скатываться не беспорядочной толпой, а шеренгами, подобно тому, как накатываются волны морского прибоя. Только "прибой" в данном случае обладает колоссальной скоростью - 1000 км/с! Энергии этих волн, как показывают расчеты А.М.Хазена, вполне достаточно, чтобы, настигая плазменный шар, подпитывать его своим электростатическим полем, поддерживать в нем электромагнитные колебания. Словом, на базе физики и математики создана теория, которая дает ответ на многие вопросы, в том числе и на самые главные. Как возникает шаровая молния? Почему она живет столь долго? С помощью этой теории удалось ответить и на такой, казалось бы, каверзный вопрос. Почему, как отмечают многие наблюдатели, огненный шар частенько движется над землей на одной и той же высоте, точно копируя рельеф местности? Это явление можно объяснить так. С одной стороны, светящаяся сфера, обладая более высокой температурой по отношению к окружающей среде, стремится всплыть наверх под действием архимедовых сил. С другой стороны, под действием электростатических сил шар притягивается к влажной проводящей поверхности почвы. На какой-то высоте обе силы уравновешивают друг друга, и шар словно бы катится по невидимым рельсам. Иногда, правда, шаровая молния делает и резкие скачки. Их причиной может послужить либо резкий порыв ветра, либо резкое изменение в направлении движения электронной лавины. Нашлось объяснение и такому вопросу: почему шаровая молния стремится попасть внутрь построек? Любое строение, особенно каменное, поднимает в данном месте уровень грунтовых вод, а значит, здесь нарастает электропроводность почвы, концентрация поля. Вот эти то факторы и привлекают плазменный шар. И наконец, почему шаровая молния по-разному заканчивает свое существование: иногда бесшумно, а чаще - взрывом? В этом тоже виноват электронный дрейф. Если к шаровому "сосуду" подводится слишком много энергии, он в конце концов лопается от перегрева или, попав в область повышенной электропроводности, разряжается словно обычная линейная молния. Если же электронный дрейф по каким-либо причинам затухает, шаровая молния тихо угасает, рассредоточивая свой заряд в окружающем пространстве. Таким образом А.М.Хазеном создана интересная теория одного из самых загадочных явлений природы. Насколько она верна? Ответить на этот вопрос может лишь эксперимент. Схему этого эксперимента А.М.Хазен представляет себе так. "Возьмем проводник, проходящий через центр антенны передатчика сверхвысоких частот (СВЧ). Вдоль проводника, как по волноводу, будет распространяться электромагнитная волна. Причем проводник надо взять достаточно длинный, чтобы антенна электростатически не влияла на свободный конец. Подключим этот проводник к импульсному генератору высокого напряжения и, включая генератор, подадим на него короткий импульс напряжения, достаточный для того, чтобы на свободном конце мог возникнуть коронный разряд. Причем импульс высокого напряжения надо сформировать так, чтобы возле его заднего фронта напряжение на проводнике не падало до нуля, а сохранялось на каком-то уровне, недостаточном для создания короны, то есть постоянного светящегося заряда на проводнике. Если менять амплитуду и время импульса постоянного напряжения, варьировать частоту и амплитуду поля СВЧ, то в конце концов на свободном конце провода даже после выключения переменного поля должен остаться и, возможно, даже отделиться от проводника светящийся плазменный сгусток". Почему до сих пор такой эксперимент не поставлен? Причин тому две. Во-первых, на его проведение необходимо большое количество энергии, а если брать ее из электросети, то при нынешней дороговизне это обойдется в копеечку, и немалую. И наверное, имеет смысл прежде поискать - не найдется ли энергетический источник для такого эксперимента в природе? Ведь существуют же природные шаровые молнии без всяких электростанций... Писатель-фантаст А.Беляев, на которого мы ссылались в начале этой главы, полагал, что генератором, поставляющим необходимую энергию, "служит само небо". И это предположение фантаста недавно подтвердили ученые. Как сообщает американский журнал "Тайм", профессор физики Джеймс Фоллин, работающий в университете имени Дж.Гопкинса, после долгих исследований высказал предположение, что накопление электрического заряда в тучах происходит под действием космических лучей. Более того, сам разряд молнии также начинается под непосредственным возмущением этими же лучами. Ученый полагает, что космические лучи, попадая в атмосферу Земли, разбивают на частицы атомы газов. Эти частицы, словно душ, сыплются на низлежащие облака и выбивают из молекул воды электроны. Далее образуется электронная лавина, о которой мы уже говорили, и в конце концов происходит разряд молнии. Однако шаровые молнии появляются и при ясном небе. Откуда они берут энергию? Как она передается непосредственно в сравнительно небольшой объем, поддерживая существование огненного . шара в течение десятков секунд? В этом еще предстоит разобраться. И ученые продолжают работу. Вторая причина, по которой не имеет смысла переходить очень уж скоро от теории к эксперименту, заключается в опасности этих самых экспериментов. Судьба Рихмана еще не забыта, и никому не хотелось бы повторения истории с участием собственной персоны. На это же, кстати, указывает и А.Р.Беляев. Профессор Губерман в повести понес заслуженное наказание. Вышедшая из под его контроля шаровая молния погубила своего создателя.
