·Вещество шаровой молнии образует обособленную фазу в воздухе, обладающую значительной поверхностной энергией (0,1:10) х10-7 Дж/см2 . на существование поверхностного натяжения указывают стабильность границы шаровой молнии, в том числе при перемещении ее в окружающем воздухе (иногда при сильном ветре), устойчивость сферической формы и восстановление ее иосле деформаций, возникающих от взаимодействия с окружающими телами. Необходимо отметить, что сферическая форма молнии восстанавливается и после больших деформаций, сопровождающихся распадом шаровой молнии на части.
·Кроме того, на поверхности шаровой молнии нередко наблюдаются поверхностные волны. При достаточной большой амплитуде эти волны приводят к выбрасыванию капель вещества с поверхности, аналогичных брызгами жидкости.
·Существование шаровой молнии не сферической формы: грушевидная, эллиптическая, могут быть обусловлены поляризацией в сильных магнитных полях.
·Шаровая молния может нести электрический заряд, который появляется, например, при поляризации в электрическом поле
( особенно если заряды разных знаков по-разному стекают с ее поверхности). Движение шаровой молнии в условиях безразличного равновесия, при котором сила тяжести уравновешена Архимедовой силой, определяется как электрическими полями, так и движением воздуха.
·Наблюдаются коррелякция времени жизни и размера молнии. Долгоживущие молнии ( 2 50с) оказываются в основном больших размеров ( по данным они составляют 80% среди молний диаметром больше 30 см. и только 20% среди молний диаметром меньше 10 см.). Наоборот, короткоживущие молнии ( 1 10с) имеют малый диаметр (80% молний диаметром меньше 10 см. и 20% - больше 30 см).
·Анализируя наблюдения, можно предположить, что шаровая молния появляется там, где накапливается значительный электрический заряд, при мощной, но кратковременной эмиссии этого заряда в воздух.
·Исчезает шаровая молния в результате взрыва, развития неустойчивостей или из-за постепенного расходования запаса ее энергии и вещества (тихое погасание). Природа взрыва шаровой молнии не вполне ясна.
·Большая часть молний – около 60% - испускает видимый свет, относящийся к красному концу спектра (красный, оранжевый или желтый). Около 15% испускает свет в коротковолновой части спектра (голубой, реже – синий, фиолетовый, зеленый), наконец, приблизительно в 25% случаев молния имеет белый цвет. Мощность излучаемого светапорядка нескольких ватт. Поскольку температура молнии невелика, ее видимое излучение имеет неравновесную природу. Возможно, молнияизлучает также некоторое количество ультрафиолетового излучения, поглощением которого в воздухе можно объяснить голубой ореол вокруг нее.
·Теплообмен шаровой молнии с окружающей средой происходит через испускание значительного количества инфракрасного излучения. Если шаровой молнии действительно можно приписать температуру 500-600 К, то мощность равновесного излучения испускаемого молнией среднего диаметра ( 20 см), порядка 0,5 – 1 кВт и максимум излучения лежит в области длин волн 5-10 мкм.
·Кроме инфракрасного и видимого излучений шаровая молния может испускать довольно сильное неравновесное радиоизлучение.
Все гипотезы, касающиеся физической природы шаровой молнии можно разделить на две группы. В одну группу входят гипотезы, согласно которым шаровая молния непрерывно получает энергию извне. пРедполагая, что молния каким-то образом получает энергию, накапливающуюся в облаках и тучах, причем тепловыделение в самом канале оказывается незначительным, так что вся передоваемая энергия сосредотачивается в объеме шаровой молнии, вызывая его свечение. К другой группе относятся гипотезы, согласно которым шаровая молния становится самостоятельно существующим оббъектом. Этот объект состоит из некоего вещества, внутри которого происходят процессы, приводящие к выделению энергии.
Среди гипотез первой группы отметим гипотезу, предложенную в 1965 году академиком Капицей. Он подсчитал, что собственных запасов энергии шаровой молнии должно хватить на ее существование в течение сотых долей секунды. В природе, как известно, она существует гораздо дольше и нередко заканчивает свое существование взрывом. Возникает вопрос, откуда энергия?
Поиск решения привел Капицу к выводу, что „если в природе не существует источников энергии, еще нам неизвестных, то на основании закона сохранения энергии приходится принять, что во время свечения к шаровой молнии непрерывно подводится энергия, и мы вынуждены искать источник вне объема шаровой молнии“. Академик теоретически показал, что шаровая молния представляет собой высокитемпературную плазму, существующуюдовольно длительное время за счет резонансного поглащения или интенсивного поступления энергии в виде радиоволнового излучения.
Он высказал мысль, что искуственная шаровая молния может быть создана с помощью мощного потока радиоволн, сфокусированного в ограниченную область пространства (если молния – шар диаметром порядка 35 – 70 см.)
= 3,65 D: где - длина волны , D – радиус шаровой молнии.
Но несмотря на многие привлекательные стороны данной гипотезы, она все же представляет несостоятельной: не объясняет характера перемещения шаровой молнии, зависимости ее поведения от воздушных потоков; в рамках данной гипотезы трудно объяснить хорошо наблюдаемую четкую поверхность молнии ; взрыв такой шаровой молнии не должен сопровождаться выделением энергии и напоминает громкий хлопок. Несколько лет назад в одной из лаборатории НИИ механики МГУ под руководством А.М. Хазена была создана еще одна теория огненного шара.
Согласно ей, в грозу под действием разности потенциалов начинается направленный дрейф электронов из облаков к земле. Попутно электроны, разумеется, сталкиваются, с молекулами газов, из которых состоит воздух, причем вопреки здравому смыслу – тем реже, чем выше скорость электрона. В итоге отдельные атомы, достигшие некоей критической скорости, скатываются вниз, будто 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” этот обладает колоссальной скоростью – 1000 км/с ! энергии таких волн, как показывают расчеты Хазена, вполне достаточно, чтобы, настигая плазменный шар, подпитывать его своим электростатическим полем и некоторое время поддерживать в нем электромагнитные колебания. Теория Хазена ответила на некоторые вопросы: 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 шар притягивается к влажной проводящей поверхности почвы. На какой – то высоте обе силы уравновешивают друг друга и шар словно катится по невидимым рельсам.
Иногда, правда, шаровая молния делает и резкие скачки. Их причиной может послужить либо сильный порыв ветра, либо изменение в направлении движения электронной лавины.
Нашлось объяснение и еще одному факту: шаровая молния стремится попасть внутрь построек. Любое строение, особенно каменное, поднимает в данном месте уровень грунтовых вод, а значит, возрастает электропроводность почвы, что и привлекает плазменный шар.
И наконец, почему шаровая молния по-разному заканчивает свое существование, иногда бесшумно, а чаще – взрывом? Здесь 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, подобно обычной линейной молнии. Если же электронный дрейф по каким-либо причинам затухает, шаровая молния тихо угасает, рассеивая свой заряд в окружающем пространстве.
А.М. Хазен создал интересную теорию одного из самых загадочных явлений природы и предложил схему ее создания: “Возьмем проводник, проходящий через центр антенны передатчика сверхвысоких частот (СВЧ). Вдоль проводника, как по волноводу, будет распространятся 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, включив генератор, подадим на него короткий импульс напряжения, достаточный для того, чтобы на свободном конце мог возникнуть коронный разряд. Импульс 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 постоянно постоянно светящего заряда на проводнике. Если менять амплитуду и время импульса постоянного напряжения, варьировать частоту амплитуду поля СВЧ, то в конце концов на свободном конце провода даже после выключения переменного поля должен остаться и, возможно, отделиться от проводника светящийся плазменный сгусток”.
Необходимость большого количества энергии мешает реализовать данный эксперимент. И все же большинство ученых отдают предпочтение гипотезам второй группы.
Одна из них предполагает химическую природу шаровой молнии. Первым ее предложил Доминик Араго. А в середине 70 – х годов ее детально разрабатывал Б.М.Смирнов. предполагается, что шаровая молния состоит из обычного воздуха (имеющего температуру примерно на 1000 выше температуры окружающей атмосферы), небольшой примеси озона О3 и оксидов азота NО и NО2. Принципиально важную роль здесь играет озон, образующийся при разряде обычной молнии; его концентрация около 3%. Внутри шаровой молнии происходят химические реакции.