Феномен ШАРОВОЙ молнии

Начнем с некоторых предположений. Во-первых, шаровая молния (ШМ) существует без подвода энергии извне, т.е. энергия необходима только в начальный момент. После образования (например, в результате электрического разряда) ШМ существует без поглощения дополнительной энергии. Во-вторых, ШМ состоит из плазмы, т.е. из полностью ионизированного вещества.

Почему шаровая молния часто движется над землей, будто копируя рельеф местности? Объяснение следующее: с одной стороны, светящаяся сфера, обладая более высокой температурой по отношению к окружающей среде, стремится выплыть наверх под действием архимедовой силы; 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 катится по невидимым рельсам.

Шаровую молнию можно представить в виде плазмоида — объема, заполненного плазмой с температурой порядка 10 тысяч градусов, удерживаемого собственным магнитным полем. Возникает она среди положительно заряженной газообразной среды, где в начале создается отрицательно заряженное относительно горячей плазмы облако. Случается это в результате удара линейной молнии, короткого замыкания в сети или импульсного коронного разряда.

При одинаковой температуре скорость электронов выше скорости ионов, поэтому первые быстрее покидают объем, занимаемый облаком. На границе плазменного облака с воздухом на мгновение может образоваться очень тонкий слой, почти полностью состоящий из электронов. Этот слой обладает двумя важными свойствами. Во-первых, сверхпроводимостью; а во-вторых, — что логически вытекает из первого, коэффициентом отражения электромагнитных волн, близким к единице.

Как только образуется сверхпроводящий слой, плазма внутри облака оказывается запертой. Излучение не может выйти из-за высокого коэффициента отражения слоя, плазма удерживается сильным магнитным полем. Так, если плазма начнет расширяться, это вызовет в оболочке вихревой ток, индукцию сильного магнитного поля, которое вернет диамагнитную плазму на место. При возникновении свойства сверхпроводимости в электронном слое характер движения электронов в нем должен резко измениться. В сильном магнитном поле они значительно искривляют свою траекторию. Каждый электрон может находиться в слое около одной секунды. Следовательно, мгновенно возникнув, свойство сверхпроводимости не исчезнет в следующее мгновение. Образуется оболочка, все электроны которой прочно связаны между собой силами электромагнитного взаимодействия и участвуют в коллективном упорядоченном движений. Сила связи электронов достаточно велика, чтобы выдержать давление плазмы внутри шаровой молнии. Из-за малого сечения и больших токов электроны в слое движутся с большими скоростями.

Нейтральные молекулы воздуха свободно попадают на поверхность электронного слоя. Здесь они ионизуются электронным потоком и задерживаются магнитным полем. При этом температура ионов оказывается довольно низкой. Таким образом, так называемый скин-слой плазмоида состоит из холодной плазмы, которая, в свою очередь, является дополнительным препятствием для молекул. Важно, что затраты энергии на защиту от вторжения нейтрального газа оказываются небольшими.

Электрон, затративший энергию на ионизацию, замедляется, выпадает из коллективного движения и покидает оболочку. Однако в плазме внутри шара достаточно много энергичных электронов. И если направление и скорость электронов, участвующих в коллективном движении, случайно совпадут с направлением и скоростью электрона, находящегося очень близко к оболочке, он захватывается ею и, естественно, вливается в общее движение.

Чтобы происходила такая замена, необходим достаточный запас электронов, то есть плазма должна иметь отрицательный заряд. Отдельные молекулы воздуха проникают внутрь сферы и ионизуются. Положительные ионы могут покидать шаровую молнию и, так как их масса значительно превышает массу электронов, ионы слабо искривляют траекторию и не в состоянии разрушить коллективное движение.