По материалам журнала «Техника - молодежи»

ДОКЛАДЫ ЛАБОРАТОРИИ «ИНВЕРСОР»

Доклад № 86

ПРИРОДА И МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ
ШАРОВОЙ МОЛНИИ

НИКОЛАЙ АЛЕКСЕЕВИЧ ШИЛО, академик, Герой Социалистического Труда

   Если линейная молния в какой то мере изучена и со времен Б. Франклина, впервые указавшего на ее электрическую природу, накоплен материал, характеризующий условия ее возникновения, мощность, температуру и ряд других параметров, то природа и механизм образования менее часто появляющейся шаровой молнии (ШМ) до сих пор остаются неизвестными, а сама она продолжает считаться загадочным явлением.
Все наблюдавшие шаровую молнию, в том числе и автор этих строк, подчеркивают ее особенность: это светящийся шар (сфероид), диаметр которого бывает от нескольких сантиметров до нескольких дециметров, в редких случаях достигая метров. В большинстве случаев ШМ образуется вслед за линейной: по всякого рода косвенным данным она обладает большой удельной энергией. Ее исчезновение, как правило, сопровождается взрывом, вызывающем загорание или разрушение предметов. Почти все, кому приходилось наблюдать ШМ, подтверждают ее катящееся (вращательное) передвижение по поверхности какого-либо предмета; в воздушном пространстве она также сохраняет вращение вокруг некоторой оси.
Поскольку зафиксированы нередкие случаи перекатывания ШМ по телу, в частности, по руке человека, которому не причинялось боли, ожога или какого-нибудь иного вреда, то можно утверждать, что внешняя «пленка» или поверхность светящегося шара не имеет высоких температур и является холодным образованием. Однако взрывы ШМ, воспламеняющие и разрушающие окружающие предметы, свидетельствуют о том, что с ними связаны большие температуры, измеряемые десятками и даже сотнями тысяч градусов.
Аналитическое рассмотрение фактов и некоторые теоретические соображения приводят к следующему выводу о природе ШМ и механизме ее образования.
По существу, это, несомненно, сгусток плазмы, имеющий электрическую (электронную) природу. Его появление легко понять, если иметь в виду неравномерное, импульсное движение лидера линейной молнии, который, учитывая его продвижение в электромагнитном поле, может закручиваться в спираль. Иначе говоря, ШМ - это плазменный вихрь. Как и для всякого вихря, для ШМ характерно ядро и отходящие от него спиральные ветви, или рукава. Если скорость закручивания плазменного шнура молнии в шар определяется скоростью движения лидера линейной молнии, тогда она может достигать 10⁷ -10⁸ м/с. В результате развиваются такие центростремительные силы, которые концентрируют в ядре, спрессованном до огромных плотностей, до 90-98% плазменной массы с соответствующей энергией, оставляя на образование ветвей спирали только от 10 до 2% вещества. Не исключено участие в этом процессе ионизированного водорода, кристаллография которого еще слабо изучена. Спираль ШМ, как и любые вихри, формируется под действием центробежных сил, поэтому между ее ветвями неизбежно должны возникать зоны вакуума. Именно это определяет метастабильный характер ШМ; однако, сама спираль, или вихрь, чтобы образовать сфероид, должна вместе с ядром вращаться вокруг оси, меняющей с некоторой скоростью свое положение в пространстве. Крайняя внешняя ветвь спирали отделена от ближайшей внутренней ветви, или сферы, вакуумной зоной, что определяет холодное внешнее состояние ШМ, и, в целом, именно поэтому вся она представляется наблюдателю загадочным светящимся холодным образованием.
При резком изменении условий существования ШМ, разрушается метастабильная структура плазменного шара, разрушается вихрь, что приводит к взрыву его ядра. Это освобождает огромную энергию, сопровождающуюся громадным тепловым эффектом. Мне представляется, что опыты с образованием плазменных спиралей, или вихрей, могли бы привести к получению плотностей и других характеристик плазмы, нужных для ее устойчивого состояния. Такие эксперименты, возможно, откроют совершенно новую область неизвестных реакций, в которых могут принимать участие ионизированные атомы водорода или какого-либо другого элемента. Сложность математического описания предложенной в настоящем сообщении модели механизма образования ШМ вполне очевидна. Она связана с тем, что вихри вообще еще слабо изучены, тем более если речь идет о плазменном состоянии вещества.


ОТ ШМ К ТЕРМОЯДУ?
(Комментарий отдела науки)
[с сокращениями, оригинал смотри 1, 2, 3  Е.Г.]

Вихревые модели ШМ строились не раз, но даже лучшие из них были чисто умозрительны. Гипотеза академика П.Л. Капицы о постоянном внешнем источнике энергии, подпитывающем ШМ, несмотря на тщательные поиски подтверждения, не оправдалась. Следовательно вся энергия запасается в ШМ в момент ее образования и непротиворечивая модель этого феномена должна объяснить, во-первых, механизм громадной концентрации энергии в малом объеме и, во-вторых, механизм ее длительного удержания от рассеивания.
Концентрация энергии, по гипотезе Шило, возникает в результате инерционной концентрации массы ионов и электронов, разогнанных в канале линейной молнии до релятивистских скоростей, и которые должны каким-то образом замкнуться в устойчивые кольца. Возможно, что в центре клубка давление и температура достигают значений, при которых какая-то часть протонов сливается друг с другом, выделяя энергию синтеза. При этих условиях ШМ может быть особенно долгоживущей. Менее разработан в гипотезе процесс удержания плазмы в ШМ в свернутом состоянии. Но это слабость теории вихревого движения вообще, а не только данной модели ШМ. Поэтому, гипотеза Н.А. Шило должна помочь и в построении единой самосогласованной теории ШМ и в стимулировании дальнейших исследований вихревых явлений. Перспективным здесь будет изучение различных проявлений пинч-эффекта, обеспечивающих самоудержание плазмы, ее самолокализацию.
В литературе не раз высказывалась справедливая, на наш взгляд мысль, что разгадка генезиса и природы ШМ будет способствовать решению одной из важнейших программ, разрабатываемых сегодня наукой и техникой - программы управляемого термоядерного синтеза, завершение которой способно кардинально решить энергетическую проблему человечества. Концепция Н.А. Шило указывает четкое направление поисков решения этой задачи.
При интенсивном развитии исследований в этом направлении, искусственная ШМ может стать основой первого термоядерного реактора, опередив создание сверхгигантских лазерных и токамакоподобных установок или помочь в их создании.

[Уже сделано, плазма в созданном  устройстве  удержана  Е.Г.]