"Знания-сила".

К необычным явлениям природы, вызывающим живейший интерес и школьника, и академика, принадлежит и шарова́я молния. Непредсказуемость, а порой и почти мистическая «осмысленность» ее поведения, чудовищная сила и способность буквально проходить сквозь стены — всё это вызывает у многих суеверный ужас, который подкрепляется почти полным отсутствием информации об этой сестре «летающих тарелок». Шарова́я молния не являлась пока по заказу в научные лаборатории, где для неё были бы приготовлены соответствующие приборы, её не удалось ещё смоделировать, поэтому исследователям остается лишь строить более или менее изящные и правдоподобные гипотезы. Их множество. Но, может быть, к истине, которая откроет новые источники энергии, нас приблизит эта?

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

Шаровая молния

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, сверхпроводи́мостью; 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 нём 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 движении. 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.

Таким образом, за счет тепловой энергии шаровой молнии поддерживается электрический заряд и, следовательно, свойства оболочки.

Свечение, а также излучение в радио-, инфракрасном и других диапазонах может происходить по разным причинам. Например, из-за прорыва части фотонов за электронную оболочку. В конце концов шаровая молния достаточно быстро теряет свою энергию.

Плазмоид может менять форму, но характер магнитного поля, создаваемого оболочкой, таков, что при этом должно выполняться условие: объем молнии — величина постоянная.

Например, плазмоид в полете натыкается на препятствие. При этом электронный слой непосредственно не контактирует с твердым телом, а ионизует и испаряет поверхность препятствия. Между молнией и другим телом всегда будет прослойка ионизованных атомов.

При контакте с другим телом поверхность шара пусть незначительно, но деформируется. Деформация оболочки вызывает увеличение тока и возрастание в месте контакта магнитного давления. Если препятствие не металлическое, то это никак не отразится на его взаимодействии с молнией. Возросшее магнитное поле вытеснит плазму на другое место так, чтобы магнитное давление выровнялось по всей поверхности. Плазмоид как бы «перетекает». При этом он в состоянии проходить через отверстия, значительно меньшие его диаметра, а затем, благодаря кулоновским, а может и другим, силам снова формироваться из неправильного облака в шар.

Исчезать шарова́я молния может по-разному. Например, при разрушении сверхпроводящей оболочки горячая плазма вырывается наружу — происходит взрыв. Если же молния потеряет тепловую энергию раньше, то исчезновение её будет тихим. При этом температура внутри плазмоида должна постепенно снижаться, и при некотором значении её начнется рекомбинация. Нейтральные атомы внутри сферы будут иметь гораздо большую энергию, нежели молекулы воздуха, но и тем и другим покинуть шар легче, чем попасть туда, что они и будут делать. С начала этого процесса газовое давление шаровой молнии станет быстро падать. К тому времени, когда разрушится оболочка, газовое давление внутри сферы выровняется с атмосферным. От начала рекомбинации этот процесс будет выглядеть так: от шарово́й молнии начинается истечение газа во все стороны, и через 0,5—2 секунды она тихо гаснет.