Природа полярных сияний продолжает волновать ученых. Можно сказать так: внимание к ним растет пропорционально росту наших интересов к процессам, происходящим и в атмосфере Земли, и на Солнце, а также благодаря возросшим техническим возможностям науки. Теперь у исследователей полярных сполохов появились могущественные помощники — геофизические ракеты, искусственные спутники Земли, снабженные самой современной аппаратурой.
Приборы, установленные на спутниках, уже дали ученым немало ценнейших сведений о самых высоких слоях земной атмосферы — их химическом составе, строении, плотности и о многом другом. Все это позволило кое-что уточнить в представлениях о природе полярных сияний, что-то пересмотреть, от чего-то полностью отказаться.
Идет быстрый процесс углубления наших знаний, и он еще далек от завершения. Так, новейшие данные, полученные с помощью современных средств исследования, приводят некоторых ученых к предположению о том, что полярные сияния есть следствие взаимодействия ультрафиолетового излучения Солнца с очень разреженным воздухом, который на больших высотах находится в атомарном состоянии. Происходит ионизация воздуха — превращение нейтральных атомов в заряженные ионы. Существование в верхних слоях атмосферы ионосферы, области, хорошо проводящей электричество, уже прочно доказано.
Высказываются и другие предположения о механизмах полярных сияний, но то, что в действие их запускает наше дневное светило, ни у кого не вызывает сомнения.
Молния-загадка
«Дорогая редакция, — пишет одна из читательниц журнала «Знание — сила», — прошу объяснить случай, происшедший со мной 19 августа 1960 года. Шла я с автобуса в Борисовку, где живут мои родители, и заметила светящую фару мотоцикла, движущегося навстречу мне из леса. Но как может мотоцикл передвигаться после дождя по суглинистому полю? Остановилась и стала внимательно смотреть.
«Фара» остановилась от меня на расстоянии 30 метров. Тут я заметила, что нет признаков какой-либо машины. «Фара» вдруг направилась прямо на меня и в 2–3 шагах встала — и я стою, стараясь разгадать, что это может быть. Потом она медленно стала удаляться, расстояние между мной и «фарой» стало увеличиваться, а затем она быстро ушла в сторону Кукшева». Перед нами одна из многочисленных встреч с любопытнейшим явлением природы — шаровой молнией.
Этот феномен долгое время не получал признания в науке. О шаровой молнии говорили, что это оптический обман и ничего более. Французский физик Маскар называл ее «плодом» возбужденной фантазии». А в одном из немецких учебников по физике еще в конце прошлого века утверждалось, что шаровая молния не может существовать, поскольку это «явление, не отвечающее законам природы».
Ученые, как видим, тоже могут заблуждаться при столкновениях с загадками природы. Причем нередко они заблуждаются не потому, что у ниух «дурной характер», который не позволяет им снисходительно относиться к новым научным идеям или соглашаться с фактами, противоречащими их представлениям. Причины тут бывают гораздо глубже, включая, в частности, стремление сохранить в целостности и законченности господствующую в естествознании систему воззрений на устройство мира. Однако познание — процесс, который остановить нельзя. В основе этого процесса лежит принцип: не знаю сегодня — узнаю завтра. Принцип, который прямо противоположен религиозному: не знаю и знать не положено, поскольку все, что непонятно, чудесно, — от бога, подтверждение его бытия, и познать это невозможно. Шаровые молнии можно, пожалуй, считать классическим примером того, как под давлением фактов изменялось к ним отношение ученых.
Постепенно был собран большой материал, говорящий о том, что и шаровая молния — реальность. Самые различные люди сообщали о встречах с этой пока загадочной спутницей гроз.
В 1975 году журнал «Наука и жизнь» совместно с Институтом земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР опубликовал анкету, в которой содержался ряд вопросов о шаровой молнии и просьба к очевидцам этого явления ответить на вопросы. Редакция получила более тысячи писем, в которых описаны случаи наблюдения шаровой молнии. Авторы — научные работники, инженеры, учителя, летчики, метеорологи…
Если судить по рассказам людей, повидавших это «чудо природы», шаровая молния достигает иной раз размера с футбольный мяч и даже больше. Движется она в воздухе довольно медленно. За ней легко проследить глазами. Иногда такой светящийся шар почти останавливается, производя разрушения. В другах случаях шаровая молния исчезает тихо, со слабым треском. Когда этот шар движется, в воздухе слышен легкий свист или шипение. Цвет шаров различный. Наблюдатели рассказывают, что видели и красные, и ослепительно белые, и синие, и даже черные! Кроме того, молния не всегда бывает шаровидной — встречаются и грушевидные, и яйцеобразные. Многим очевидцам удалось ее сфотографировать.
Связь шаровой молнии с обычными, линейными молниями подтверждается целым рядом фактов. П. Гришненков из Мурома видел, как шаровая молния диаметром тридцать — сорок сантиметров выскочила из земли в месте удара линейной молнии. Студент Томского университета А. Созонов видел три шаровые молнии ярко-белого цвета, отделившихся от средней части канала линейной молнии и начавших медленно падать. Машинист электровоза А. Орлов описал случай, когда шаровая молния вылетела вверх при ударе линейной молнии в стальную опору ЛЭП. Подробно рассказал о своей встрече с огненным шаром преподаватель вуза А. Тимощук.
Молния ударила в провода недалеко от столба. В тот же момент на проводе возникла желто-зеленая вспышка, которая стала «разгораться». Образовался шар, который медленно покатился по провисшему проводу. Постепенно он становился красным. Шар перескочил на нижний провод, а затем свалился на ветки тополя. Раздался сильный треск, полетели красные искры, и по веткам покатилось несколько маленьких шариков. Шар начал прыгать по мостовой, подскакивая и рассыпая вокруг себя искры. Наконец, он рассыпался на несколько кусков, которые быстро погасли. Все это произошло приблизительно за десять секунд и наблюдалось еще одним человеком.
Только гипотезы
Общепринятого научного объяснения природы шаровой молнии пока нет, зато предположений и гипотез множество. Но некоторые предположения о происхождении этого электрического чуда в большой степени обоснованны. Одно их них принадлежит академику П. Л. Капице.
Шаровую молнию, по его мнению, питают радиоизлучения, возникающие при грозовых разрядах атмосферного электричества. Если, пишет он, «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 этот источник энергии вне объема шаровой молнии. Шаровые молнии возникают там, где радиоволны достигают наибольшей интенсивности».
Предложенное видным советским ученым объяснение шаровой молнии хорошо согласуется со многими её особенностями: и с тем, что она иногда катится по поверхности различных предметов, не оставляя ожогов, и с тем, что чаще всего проникает внутрь помещений через дымоходы, окна и даже небольшие щели. Доктор физико-математических наук И. П. Стаханов высказал мысль, что шаровая молния возникает в том случае, когда в канал обычной молнии попадает значительное количество воды. При соединении (рекомбинации) молекулы воды налипают на положительные и отрицательные ионы, образуя вокруг них оболочку. Эта оболочка останавливает соединение ионов, мешая их непосредственному контакту.
Шаровая молния средних размеров (десять — двадцать сантиметров в диаметре) может образоваться из крупной капли росы, попавшей в канал грозового разряда. С другой стороны, как показали расчеты, для устойчивости шаровой молнии необходимо, чтобы плотность ее вещества мало отличалась от плотности окружающего воздуха.