Kuulvälk - atmosfääri elektrienergia peamine saladus

Kuulvälk - atmosfääri elektrienergia peamine saladus
Kuulvälk - atmosfääri elektrienergia peamine saladus
Anonim

Kuulvälk näeb välja nagu helendav kera, mis tavaliselt esineb äikese ajal. Sageli ripub või liigub selline ese enam -vähem fikseeritud kõrgusel maapinnast. Mõnikord plahvatab kuulvälk objektiga kokkupuutel või ilma nähtava põhjuseta. Tähelepanuväärne on see, et maailmas pole siiani üldtunnustatud füüsikalist teooriat, mis selgitaks kuulvälkude olemust.

Elektrilised nähtused Maa atmosfääris, hoolimata sajanditepikkustest uuringutest, on suuresti halvasti mõistetavad. Kuulvälk on ilmselt üks suurimaid müsteeriume, alustades juba nende olemasolust, ütleb füüsika- ja matemaatikateaduste doktor, füüsikatehnilise instituudi tahkis-teooria sektori vanemteadur I. I. A. F. Ioffe RAS Mihhail L. ŠMATOV. Ühes intervjuus rääkis teadlane kõige huvitavamatest kuulvälkudega seotud küsimustest.

─ Kas on tõsi, et kuni 2012. aastani polnud teadusringkonnad kindlalt veendunud, et kuulvälk on tõesti olemas, ja alles pärast seda, kui Hiina teadlased avastasid sensatsiooni, kes avastasid sellisest välgust raua, räni ja kaltsiumi, hakkasid nad kuulivälgust rääkima kui tõelisest objektist. ? Varem oli ju isegi ettepanekuid, et kuulvälk on omamoodi hallutsinatsioon, mis on põhjustatud mõne tavalise välgu magnetväljade mõjust?

─ 2012. aastal ei toimunud midagi põhimõtteliselt uut; Hiina teadlased ei esitanud oma tähelepanekute põhjal revolutsioonilisi andmeid. Küsimus jääb: kas nad jälgisid kuulvälke? Suure tõenäosusega (ja seda väidetakse meie ühises ülevaates San Marcos Texase ülikooli professor Karl Stefaniga) [1] on Hiina teadlased näinud tavalise välgulöögi tagajärgi elektriliini. Mõnikord arvatakse, et nad tuvastasid raua-, kaltsiumi- ja räni lisandite olemasolu kuulvälkudes. Kuid arvatavasti on nende elementide spektraaljoonte registreerimine lihtsalt tavalise pikselöögi mõju tagajärg elektriliinile ja maapinnale, võib -olla mõned mõjud, mis on seotud asjaoluga, et see tühjendus tekitas toite lühise rida. Lubage mul teile meelde tuletada, et see kõik oli elektriliini lähedal, mis tähendab, et võib tekkida lühis maanduses, mis viis selliste tagajärgedeni.

Mis puutub aga sellesse, kuidas inimesed pallivälku tajuvad, on olukord tõesti keeruline. Palli välk huvitab paljusid, kuid on plasmafüüsikuid, kes ei tea sellest objektist midagi. See on praegune olukord.

Kui me räägime hallutsinatsioonidest, siis arvatakse, et mõnel juhul võivad inimesed tavalisest välgust tuleneva väga ereda valgussähvatuse tõttu näha mingisuguseid helendavaid laike. Tööd tehti ka selle kohta, et võib -olla tavalise välgu magnetväljad mõjuvad otse ajule ja tekitavad keerulisema päritoluga optilisi illusioone.

Seal on suur hulk helendavaid pikaealisi objekte, mida võib kuuli välguga segi ajada. Imeline näide, millest on teaduskirjanduses juttu olnud: mõnel juhul võib isegi õõnes elavat lindu kuulivälguga ekslikult eksitada! Lindu saab määrida mädanenud puiduga ja mädane puit helendab teatud tingimustel.

Usun, et mainitud Hiina teadlaste tähelepaneku puhul, mille tulemused avaldati nende artiklis, on olukord umbes sama: nad nägid lihtsa välgulöögi tagajärgi, mitte pallivälku.

Jah, on veel neid, kes ei tea veel kuulvälkudest, samuti neid, kes usuvad, et see on optiline illusioon, kuid täna on see juba kindlalt teada: kuulvälk on olemas. Ja me teame seda eelkõige mitmetest aruannetest sellise välgu põhjustatud hävitavate mõjude kohta.

─ Siiani pole üksmeelt selles, millest kuulvälk koosneb. Mis on teie versioon?

─ Sul on õigus, on ainult erinevad hüpoteesid ja mudelid. Usun, et kuulvälk koosneb elektronidest ja peaaegu täielikult ioniseeritud ioonidest (tegelikult tuumadest) õhku moodustavatest elementidest, see tähendab, et räni ja muude varem mainitud elementide fundamentaalne olemasolu pole selles nõutav.

Minu mudel põhineb eeldusel, et kuulvälkude põhiosa moodustab tuum, mis koosneb peaaegu täielikult ioniseeritud ioonidest ja elektronidest, mis üksteise suhtes võnguvad (umbes, võnkuvad). Selgub, et elektronid võnguvad ioonide suhtes. Joona liigub ka. Elektronide liikumine toimub peamiselt radiaalsuunas, ioonidega on olukord keerulisem ja sõltub tuuma spetsiifilistest parameetritest. Tuum on plasmapilv, mis sarnaneb plasmapilvedega, mis tekivad mõnes laser -termotuumasünteesi katses ja tuumaplahvatustes atmosfääris (kuigi võnkumiste esinemisel on ka muid põhjuseid). Ka teised teadlased on võnkumistega mudeleid kaalunud, kuid mina olen ainus, kes suutis sellise mudeli raames selgitada kuulvälkude eluiga ja energeetikat.

Viide. Ioniseerimine on selles olukorras ühe või mitme elektroni väljatõmbamine, kõigi täielik ioniseerimine, st elemendi täielikult ioniseeritud ioon on selle aatomituum.

Image
Image

─ Kuulvälk on tuntud tuhandeid aastaid. Miks pole siiani suudetud nende olemust üheselt kindlaks teha?

─ Usun, et üks peamisi probleeme on piisavalt laiaulatuslike ja hästi rahastatud teadusuuringute puudumine selles valdkonnas.

1960. aastatel viidi USA -s läbi olulisi kuulvälkude uuringuid. Tulemuseks on Stanley Singeri suurepärane raamat The Ball of Lightning. Need tööd viidi läbi Vietnami sõja ajal ja maksimaalne ülesanne oli pärast Singeri surma õpitud "Vietnami Kongist põrgu peletada". Kuid nüüd ei seisne keegi selliste ülesannete ees ja seetõttu on huvi kuulvälkude vastu mõõdukas. Lisaks hirmutab suur keerukus ja ilmselge rakendusliku väärtuse puudumine paljusid.

Siiski arvan, et kuulvälkude uurimisel on plasmafüüsika jaoks suur poliitiline tähtsus, sest praegu on energiatootmise probleem ja üks paljutõotav lahendus, nagu teate, on kontrollitud termotuumasüntees.

Paljude uurijate positsioon kontrollitud termotuumasünteesi valdkonnas on järgmine: kui eraldatakse piisavalt raha, siis saab inimkond selle energiaallika, sest plasmafüüsika on hästi mõistetav. Kuid võib küsida: miks te üldse arvate, et mõistate plasmafüüsikat? Noh, lahendasime ühe probleemi, teine on hea. Kuid on olemas selline loomulik nähtus nagu pallivälk. Seda on tuntud tuhandeid aastaid, seostatakse plasmaga, kuid seda pole veel täielikult selgitatud. Ja kuni me pole kuulvälke selgitanud, ei saa vaevalt öelda, et plasma füüsika on hästi mõistetav.

─ Plasmat peetakse minu teada kõige vähem uuritud olekusse …

─ raske küsimus. Usun, et selles valdkonnas on mitmeid aspekte väga hästi uuritud. Kui plasma füüsikat poleks hästi uuritud, poleks eriti vesinikupomme olnud. Nad ei säästnud midagi. Ja siin nad on ja üldiselt pakuvad nad planeedil rahulikku kooseksisteerimist.

─ Kas laboris on võimalik luua kuulvälke?

─ Ma ütleksin, et sellele küsimusele pole otsest vastust. Ja õigem oleks kuulivälgu loomisest rääkida mitte niivõrd laboris, kuivõrd katsepaigas. Miks? On teada, et pallivälk on äikese aktiivsuse ilming atmosfääris ja üldiselt võib öelda, et äikesepilves on mõnel juhul hiiglaslikud potentsiaalid. Võimalik erinevus pilve erinevate punktide vahel või mõne pilvepunkti ja maapinna vahel võib olla sadu miljoneid volte. Teatud tingimustel võime isegi ulatuda mitmesaja miljoni ja võib -olla isegi mitme miljardi volti piiridesse. Seetõttu on parem teostada tööd hulknurga tingimustes.

Laboratooriumis on palju katseid pallivälku taastada. Siiani pole see veenvaid tulemusi andnud. Ja kas see on põhimõtteliselt võimalik või mitte, seda ma ei oska öelda. Minu mudeli raames on parem töötada prügilas. Sarnaseid katseid tehti Ameerika Ühendriikides vähemalt kaks korda - katse kasutada välku, mille algatasid raketid, mis tõmbasid traadi enda taha. Kuid nagu teate, on raketi laskmine tõsine asi. Need katsed toimusid spetsiaalsetel väljakutel, eriti rahvuskaardi baasis. Seda tüüpi uuringud on väga kulukas ja ohtlik ettevõtmine, sest rakett võib ebaõnnestunud stardi korral ka lennuki alla tulistada ja igal juhul, kui ei järgita ohutusnõudeid, võite saada alguse äikesest.

Katsed ilma tavapärast välku kasutavate rakettideta on samuti täiesti võimalikud. Kuulvälkude jälgimise tingimuste kohta on palju teateid. Näiteks saate seda seadet taasesitada ja oodata tavalist välgulööki. Kuulvälkude ilmumise atmosfääri on lihtne taastada, kuid nüüd ei hakka ma pikemalt peatuma sellel, kuidas seda täpselt teha saab. Raketiväliste katsete puhul on olulised ka kõrged kulud ja ohutus.

Image
Image

- Meie kaasmaalane, Nobeli preemia laureaat Pjotr Kapitsa tegeles pallivälkudega. Ta kirjutas, et kuulvälk oma harulduse tõttu vaevalt süstemaatiliseks uurimiseks sobib. Mis te sellest arvate?

- Ja siin pole üldiselt selge, kui haruldane see nähtus on. Arvatakse, et endise NSV Liidu keskmises tsoonis elava inimese jaoks on tõenäosus eluajal kuulvälke kohata umbes 5%. Seda pole palju. Kuid Ameerika Ühendriikides viidi 1963. aastal läbi huvitav küsitlus: NASA töötajatelt küsiti, kui tihti nad näevad kuulvälke ja kui sageli näevad nad tavalist välku. Mõlema arv osutus võrreldavaks, mis tähendab, et väga raske on tõsiselt rääkida kuulvälkude tekkimise tõenäosusest tavalise tühjenemise ajal. Fakt on see, et kuulvälgul on lühike avastamisulatus. Pealegi istuvad äikese ajal reeglina kõik mõistlikud inimesed võimaluse korral siseruumides. Samal ajal on lihtne välk nähtav suurtel vahemaadel, kuna see on suur ja särav ning sellest tulev heli tugev. On täiesti võimalik, et kuulvälkude tekkimise sagedus looduslike heitmetega on võrreldav tavalise välgu sagedusega. Me ei pruugi lihtsalt kuuli välku näha.

Mis puudutab asjaolu, et kuulivälku täheldatakse, olenemata põhjustest, siis harva, siis ma ei pea seda oluliseks takistuseks uurimistööle, sest kogutud ja avaldatud on tohutul hulgal vaatlusandmeid. Samas on kindlasti võimatu kõiki sõnumeid usaldada.

Inimeste arv, kes leiavad end tavalisest välgulöögist lühikese vahemaa tagant, on võrreldav nende inimeste arvuga, kes on kunagi kuulvälke vaadanud. Muide, piloodid nägid üsna palju tulekerasid. Seda küsimust uuris väga hoolikalt I. M. Imjanitov on silmapaistev atmosfääri elektri uurija. Ta jõudis järeldusele, et kuulvälke esineb pilvedes sada korda sagedamini kui madalatel kõrgustel.

Image
Image

─ Muide, millisel kõrgusel tavaliselt pallivälke vaadeldakse?

─ Kuulvälgul on üks väga huvitav omadus ─ et see väga sageli ripub või liigub kindlal kõrgusel, näiteks meetri või poolteise meetri kõrgusel maapinnast. Ja see on tegelikult väga ebaoluline fakt, sest seda mõjutavad ilmselgelt nii raskusjõud kui ka Archimedese jõud. Tuleb välja, et kuulvälk on päris kerge. Ja näib, et kui kuulvälk on õhust raskem, peaks see langema ja kui õhust kergem, peaks see tõusma. Kuid kuulvälgul on vähemalt mõnel juhul elektrilaeng, mis mõjutab selle liikumist. Kuid see on eraldi ja väga keeruline teema, nii et me ei hakka praegu üksikasjadesse laskuma. Üldiselt täheldati pallivälke otse maapinnal või ruumide põrandal ning mainitud poolteise meetri kõrgusel ja mitme kilomeetri kõrgusel.

─ Kui kaua pallivälk elab?

─ Kuulvälgu eluiga on üks parimaid registreeritud parameetreid. Alumine piir on mõni sekund. Ilmselt on kuulivälgu piirkondlikud tunnused olulised, kuna erinevates riikides kirjutatud tööde tulemused annavad eluks ajaks veidi erinevad piirid. Etteruttavalt võib öelda, et kuulvälk võib kindlasti elada mõne sekundi. Kuid ülemise piiri puhul on küsimus väga raske. Näiteks on avaldatud andmed M. T. Dmitrijev [3]. Ta nägi tulekera umbes poolteist minutit. Tõenäoliselt võime öelda, et madalal kõrgusel võib pallivälk elada vähemalt kolm minutit. Kirjanduses mainitakse ka teateid, et kuulvälk elas kuni 15 minutit. Kuid ma tean ainult ühte või kahte sellist sõnumit.

Lisaks on väga salakaval efekt, välimuselt sarnane kuulvälkudega, ─ need on Püha Elmo tuled lendaval elektrivälja kontsentraatoril. Kui meil on piisavalt tugev väli ja äikesepilvede all (ja neis) võivad väljad olla suurusjärgus kilovolt sentimeetri kohta ja seal on mõni objekt või objektid, näiteks mardikate sülem, võib sära ilmuvad nendele mardikatele või muudele objektidele. Teadlased on seda küsimust spetsiaalselt uurinud. Leiti, et väga raske on kuulvälke pikalt eemalt Püha Elmo tuledest eristada, isegi kui elektrivälja kontsentraator ei lenda.

─ Kas olete kunagi ise kuulivälku jälginud?

─ Ei.

─ Kas sa tahaksid?

─ Mitte päris. Fakt on see, et minu mudeli raames võite täieliku õnnetuse korral saada kümnete meetrite kauguselt tõsiseid kiirguskahjustusi, sealhulgas surmavaid. Kuulvälk on inimestele väga ohtlik.

Väga huvitav lugu, mis näeb välja poolfantastiline, kuid on hästi dokumenteeritud ja kirjeldatud ajakirjas Journal of Technical Physics 1981 [5], leidis aset Habarovskis, kus kuulvälk sulatas 440 kilogrammi mulda. See näeb välja nagu kohutav muinasjutt, kuid Moskva Riikliku Ülikooli tuumafüüsika instituudis ja teistes teadusorganisatsioonides viidi selle pinnase kohta läbi väga tõsised uuringud. Eelkõige katsetest paljundada umbes sama koostisega räbu selgus, et sulamise põhjustasid kas raadiolained või kõva kiirgus, st gammakiirgus, ja mis täpselt ─ lõplikku järeldust ei ole.

Kuulvälk on ka tehnoloogiale ohtlik, eriti selle võime tõttu mõjutada elektriahelate tööd. Nii vana kirjandus kui ka suhteliselt kaasaegsed lood kirjeldavad seda, kui kuulvälk lülitas sisse elektrilambid. Põhimõtteliselt võib see elektroonikat välja lüüa [6], kuid näiteks kaasaegse lennuki jaoks on elektroonika väljalülitamine väga halb sündmus. On teateid, et sõjalennukite piloodid pidid isegi kuulvälkude tõttu õhusõiduki kahjustuste tõttu välja heitma [7], kuid millised olid konkreetsed kahjustusmehhanismid, ma ei tea.

─ Kuulvälk on alati seotud tavalise välguga või võib see toimuda sellest sõltumatult?

─ Mõnel juhul võib kuulvälkude sündi seostada konkreetse tavalise välguga, kuid on ka juhtumeid, kui tavaline välk ei eelnenud kuulvälgu sünnile. On teateid selge ilmaga pallivälgu vaatlemisest.

- Teie tööd on pühendatud ka kuulvälkade kiirgusohule. Kui reaalne see oht on?

─ mind huvitab kuulvälgu ja atmosfääri elektrienergia kiirgusoht üldiselt. Varem ja üle -eelmisel aastal avaldasin kaks artiklit [8, 9], kus selgitasin oma pallivälgumudeli raames Jaapanis [10] ühel juhul registreeritud gammakiirgusvoogude parameetreid ja teine Armeenias [11].

Umbes 1980. aastast alates on röntgen- ja gammakiirguse tekitamise fakt äikesepilvedes selgelt kindlaks tehtud. On nii lühikesi, piisavalt võimsaid impulsse kui ka gammakiirguse vooge, mis kestavad näiteks sekundeid või minuteid, aga ka sündmusi, mida võib tõlgendada suure hulga impulsside genereerimisena. Küsimus, mis on pikaajaliste impulsside olemus, on lahtine.

On teateid mitte ainult ühe kuulvälgu, vaid ka tervete kuulvälkude jälgimisest [4]. Armeenias Aragatsi jaamas tehakse muu hulgas nähtava valguse vaatlust, mis tuleb pilvedest. 2019. aastal avaldati A. Chilingaryani [11] kolleegidega artikkel sellest, kuidas nad nägid gammakiirgust ja hõõguvate laikude rühma. Nad pakkusid mõningaid selgitusi selle kohta, kust heledad laigud tulid, umbes 10 tükki. Ma möönan, et nad võisid näha kuulivälkude rühma [9].

─ Kas isegi tulepallide rühmad võivad eksisteerida?

─ Jah. Sellised sündmused on haruldased, kuid neid juhtub. On dokumenteeritud lugusid pilootidest, kes hädaolukordades, näiteks hädamaandumisel lennuväljal äikese läbi, nägid pilvedes kümneid tulekerasid [4]. Kordan veel kord, et tõenäosus pilves pallivälku kohata on umbes sada korda suurem kui meie tavalistel kõrgustel, see tähendab maapinnal ja sellest paar meetrit kõrgemal [2].

Üldiselt arutati kuulvälkade kiirgusohtu tõsiselt esmakordselt 1962. aastal. Varem, 1886. aastal, oli Scientific Americanil (nüüd ajakiri ja vanad numbrid näevad välja nagu ajaleht) ainulaadne väljaanne, mis kirjeldas lugu sellest, kuidas üks Venezuela pere jälgis oma kodus eredat valgust ja tundis samal ajal kindlat lõhn (kuulivälgu teated mainivad mõnikord lõhna nagu põlev must pulber või väävel). Inimesed hakkasid palvetama, arvates, et maailmalõpp on saabunud (19. sajandi ja religioosse perekonna jaoks täiesti loomulik eeldus), kuid selle tegevuse katkestas oksendamine. Tulevikus tekkisid inimestel nahale villid, millest said haavandid ja juuksed hakkasid välja langema. Kuidas see välja näeb, kui mitte kiirgus? Pealegi ei saa seda fakti vaevalt võltsinguks pidada, sest seda kirjeldati nii enne loodusliku radioaktiivsuse avastamist kui ka enne röntgeniallika loomist ja veelgi enam enne võimsate ioniseeriva kiirguse allikate loomist. 90 aastat hiljem tõlgendas Eugene Garfield seda juhtumit kui tulekera võimalikku kiirguskahjustust.

Rosalyn Krysik täheldas veel üht huvitavat efekti: välgupall lendas klaasukse juurde ja klaas helendas. See ei olnud peegeldus, sest välk oli sinakas ja sära kollane. Seejärel viisid Karl Stefan ja tema kolleegid läbi rea katseid ning selgus, et sarnase efekti võib põhjustada ka ultraviolettkiirgus või kõvem kiirgus [1].

─ Kas tavaline välk võib kujutada endast ka kiirgusohtu?

─ Jah. On kindlaks tehtud, et teatud kogus tavalist välku (kui palju pole teada, ligikaudu 0,01% kuni 1%) tekitab kõva kiirguse vooge. Kummalisel kombel on need voolud satelliitidelt selgelt nähtavad, sest kiirgus interakteerub õhuga - see lihtsalt imendub ja hajub, hajumine viib footoni energia vähenemiseni. Intensiivsus väheneb kauguse suurenedes ja olukorras, kus neeldumine ja hajumine praktiliselt puudub, lihtsalt seetõttu, et sama arv kvante langeb suuremale alale. Kuid märkimisväärsemat mõju täheldatakse üsna tihedas atmosfääris - see on gamma- ja röntgenkiirguse hajumine ja neeldumine õhu kaudu. Seetõttu selgub, et kui äike on mitme kilomeetri kõrgusel ja eriti kõrgemal, siis on satelliidist saadavat kõva kiirgust lihtsam näha kui maapinnalt.

─ Mihhail Leonidovitš, öelge meile lõpuks, kuidas saate end kaitsta, kui kohtate kuulvälku? Mida saab ja mida ei saa teha?

─ Siin kehtivad samad ohutuseeskirjad nagu tavalise välgu korral. Näiteks teavad paljud inimesed, et äikese ajal ei saa puude all seista - välgutabamuse tagajärjel puu otsa võib selle pagasiruumist väljuda kõrval seisvale inimesele. Kuulivälguga on olukord vastuoluline. Soovitusi on erinevaid, kuid pean ühte neist ohtlikuks. Üldine soovitus kuulvälkude kohta näeb välja nii, nagu oleks ohu mõttes pallivälk suur vihane koer: te ei pea teda kiusama, vaid peate aeglaselt ja aeglaselt taanduma - see on põhimõtteline asi. Miks aeglane? Põhimõtteliselt on see õige nõuanne, sest äkiline liigutus võib tekitada kerget tühjenemist, mis viib kuulivälgu inimesele lähemale. Kuid mõnikord on soovitusi üldse mitte liikuda! See on kummaline nõuanne, arvestades, et on palju teateid kuulivälgu kiirgusohu kohta, mis vastab raskele vigastusele, kuni vaatluse ajal oksendamiseni, ja need on väga suured kiirgusdoosid, see on surmaoht.

Kokkuvõtteks tahan öelda, et kuulvälgul on oma spetsiifilised raskused. Ühest küljest ei tea me, kui harva või sageli esineb kuulvälke ─ selle põhjuseks on väike avastamisraadius, kuulvälku on tõesti harva täheldatud. Kuid teisest küljest on see olnud teada juba tuhandeid aastaid ja viimase saja aasta andmed kuulvälkude kohta on muutunud üha enam, leidub palju väga huvitavaid väljaandeid, eriti kuulivälgu ohu kohta. Üks parimaid siiani ilmunud raamatuid on Walter Brandi teos pealkirjaga "Fireball" saksa keeles, 1923. Seda tsiteeritakse tänaseni. Hiljuti ilmus see raamat veidi täiendatud versioonis inglise keeles ja meie raamatukogus lugesin selle tõlget vene keelde. Soovitan soojalt seda tööd kõigile, kes on huvitatud sellistest loodusnähtustest nagu kuulvälk.

Soovitan: