Куда угодно, но не вверх - почему?

Когда-то гравюра была единственым средством тиражирования изображений.

06 августа 1753 года сорокадвухлетний профессор Петербургской Академии наук Георг Вильгельм Рихман пригласил в свой одноэтажный дом гравёра Соколова, чтобы тот запечатлел любопытные явления, которые наблюдал Рихман с приближением грозы.

Для исследований атмосферного электричества академик установил на крыше то, что в двадцатом веке назвали бы штыревой антенной, а нижний конец провода присоединил внизу, в доме, к придуманному им же электроскопу.

Далее цитирую Википедию: "во время грозы, когда Рихман стоял на расстоянии около 30 см от прибора, от последнего направился к его лбу бледно-синеватый огненный шар. Раздался удар, подобный пушечному выстрелу, и Рихман упал мёртвый, а находившийся тут же гравер Соколов был повален на пол и временно оглушён. Соколов оставил рисунок, запечатлевший гибель Рихмана" - конец цитаты.

С тех пор количество желающих исследовать грозные явления поуменьшилось, даже среди учёного люда мало кто представляет себе в деталях, что такое молния и что такое шаровая молния, как они возникают и почему ведут себя столь непредсказуемо.

Были выдвинуты несколько теорий. Одна из них, довольно экзотическая, предполагала, что проводящие каналы для разрядов молний создают мелкие метеориты.  Теория была богата натяжками, зато объясняла, почему молния ветвится куда угодно, только не вверх.

В 1980-х, занимаясь параллельно основной работе задачами визуализации треков заряженных частиц, я сделал генератор высокого напряжения с малюсеньким выходным током. Его разряды даже не причиняли ощущений, примерно как бытовая "статика". Экспериментируя с ним, заметил: в темноте некоторые электрические разряды выглядят ну точно как молнии!

Пришло понимание качественной картины грозы. "Сам понял" - уже результат, но о публикации в те времена не могло быть и речи. Тем более, что ни народному хозяйству, ни обороне это понимание не сулило ровным счётом ничего.

Ныне, для общей картины мира, почему бы не опубликовать.

Итак: каналы ионизации для разрядов молний создают заряженые космические частицы высоких энергий - гораздо более высоких, чем удаётся получить в лабораторных условиях.

Ломаная форма обусловлена соударениями с ядрами атомов (кислорода, азота, аргона, неона), из которых состоит атомосфера. Бильярд: выбитое ядро летит куда попало - и тоже создаёт канал ионизации, и тоже соударяется. Некоторое искривление на относительно прямолинейных участках - заслуга магнитного поля планеты. Планета же надёжно экранирует от частиц, летящих "снизу" - поэтому молния никогда не ветвится вверх.

Но откуда берётся электрический заряд? А от дождя!

Над поверхностью планеты постоянно существует слабое электростатическое поле - около сотни Вольт на метр. Туча, висящая над горизонтом, обязательно поляризуется в этом поле. Когда из неё идёт дождь, его капли уносят заряд с нижней стороны.

В туче, изначально электронейтральной, начинает преобладать заряд верхней стороны, тем больший, чем интенсивнее ливень. Разумеется, заряд тучи, как и любой другой, склонен к растеканию. Так что при нудном дождичке молнии может и не быть. Или она одна-единственная за весь день, как сегодня у меня.

Как видите, всё просто, никакого мракобесия потусторонних сил.

То ли дело молния шаровая! Там сплошная мистика, даже золото и ювелирные украшения бесследно исчезают с рук и шеи! Почитайте-ка в Интернете. Такое впечатление, что статьи об этом пишет тот ловкач, который в суматохе сохранил самообладание и спёр пропажу на шаровую молнию, а что с неё взять.

Представьте себе смерч, торнадо. Вроде состоит из воздуха, а энергия чудовищная. Существует только благодаря быстрому вращению. Нестабилен, распадается по мере исчерпания энергии.

Сильнотоковые разряды, вроде сварочного, называются "Вольтова дуга", они и впрямь дугообразные: собственное магнитное поле искривляет разряд тем сильнее, чем больше ток. Если по каким-то причинам концы дуги сходятся, кольцевой разряд может начать существовать сам по себе.

Средний ток в линейной молнии - тысяча Ампер, куда там сварочному аппарату. На изломах молнии (но не только) возникают условия для следующих эффектов.

Огромный ток - точнее, создаваемое им магнитное поле - стремится макимально искривить дугу, сжать кольцо. Центробежные силы, действующие на электронно-ионную плазму, стремятся разорвать кольцо. В случае динамического равновесия такой разряд может существовать неопределённо долго.

Совокупность наблюдаемых свойств шаровой молнии однозначно указывает: это может быть только кольцевой (тороидальный) электрический вихрь с высокой плотностью тока, быстро вращающийся "вокруг себя" (в плоскости, перпендикулярной экватору тора), из-за чего жужжит и кажется шаром, покачивающимся, как волчок.

Существует только благодаря быстрому вращению. Нестабилен, распадается по мере исчерпания энергии, при неполном исчерпании - со взрывом; подвержен воздействию даже лёгких воздушных потоков и электростатических полей (в том числе наведённых им же).

Резюмируя: явления шаровой молнии представляют собой совокупность решений соответствующего уравнения состояния.

Как ни странно, это всё.