Шаровая молния над водной поверхностью

Многочисленные сообщения о шаровых молниях (за последние три столетия поступило более 2000 сообщений) противоречивы: наблюдения описывают в основном шары от желтоватого до красноватого цвета диаметром до 20 сантиметров. Их появление часто связывают с ударом молнии во время грозы. Они длятся от секунд до минут и исчезают тихо или со стуком. Они двигаются медленно, иногда бесшумно, иногда с шипением, но также останавливаются и якобы проникают сквозь стены.

Прямые данные отсутствуют, а доступные фотографии могут также показывать кометы, метеоры или фейерверки. Попытки объяснения отводят ключевую роль электрическим и магнитным полям или химической энергии. Также были разговоры о магнитной стимуляции мозга или сетчатки. В 2014 году китайские ученые, занимавшиеся исследованием молний во время гроз, случайно наблюдали явление, напоминающее описания шаровой молнии.

Попытки объяснения отводят ключевую роль электрическим и магнитным полям или химической энергии. Также были разговоры о магнитной стимуляции мозга или сетчатки. Лабораторные исследования во всем мире указывают, например, на микроволновые разряды, электрические дуги или электрические разряды в воде в качестве причин.

Эксперимент с шаровой молнией в ИФП

В Институте физики плазмы им. Макса Планка в Гархинге и Грайфсвальде шаровидные объекты, называемые плазмоидами, создаются над поверхностью воды электрическим разрядом. В основу эксперимента положена российская концепция, получившая научное продолжение в бывшей берлинской лаборатории ИПП, где применялись методы диагностики плазмы. В конце 2009 года установка была перенесена в IPP Garching и переработана. В настоящее время исследования сосредоточены на плазмохимических процессах, которые, вероятно, служат источником энергии плазмоида и, таким образом, определяют время его жизни.

Экспериментальная установка состоит из заполненного водой ведра из акрилового стекла, в котором установлены два электрода: медный электрод на дне и толстая проволока — центральный электрод — на поверхности воды. Керамическая втулка вокруг центрального электрода отделяет небольшой резервуар с водой от остальной воды. С помощью переключателя между электродами может быть приложено высокое напряжение до 4,8 кВ. Напряжение поступает от конденсаторной батареи, которая заряжается от источника высокого напряжения.

При активации переключателя через воду проходит сильный электрический ток от 50 до 130 ампер в течение примерно 150 миллисекунд: над центральным электродом от поверхности воды поднимается светящийся плазменный шар, который существует около 0,5 секунды. 

Более тщательный анализ показывает, что из 10 литров воды в ведре примерно 10 миллиграммов испаряется и ионизируется. Плазмиод несет энергию около 4 кДж. Время жизни сильно зависит от количества энергии.

Наблюдение с помощью высокоскоростной камеры показывает начальное формирование поверхностного разряда с филаментоподобными структурами до того, как плазмоид приобретает свою сферическую форму. Из-за температуры плазмы около 4000 кельвинов она превращается в грибовидную структуру, типичную для восходящего горячего газа. Температуры также достаточно, чтобы произвести интенсивное свечение, возбуждая атомы и молекулы воды и содержащихся в ней минералов. Следовательно, цвет и интенсивность свечения можно изменять, добавляя в воду различные соли.

Вокруг горячего шара более холодная краевая область образует кожу. Таким образом, лист бумаги, помещенный на пути плазмоидов, не затрагивается. Плазмоид деформируется и гаснет, но не проникает в бумагу — в отличие от того, что сообщается о шаровой молнии.