Молния в банке: российские физики приручили одно из самых таинственных явлений Земли

Шаровая молния долго оставалась "неуловимой": одни считают её легендой, другие — физическим феноменом, который просто трудно поймать приборами. Команда физического факультета МГУ показала, что в лаборатории удаётся получить миниатюрные светящиеся шары, похожие на шаровые молнии, — и даже зафиксировать их на фото и видео. По их модели, такие объекты ближе всего к "воздушным шарикам" с раскалённым паром внутри тонкой оксидной оболочки. Ниже — как это работает, что именно сделали учёные и насколько такие шары опасны.

Что такое шаровая молния и почему вокруг неё споры

Шаровая молния — небольшой светящийся сферический объект, который иногда появляется в грозу в самых неожиданных местах. Её природа спорна. Ещё Петр Капица предполагал, что это газовый разряд, "едущий" вдоль силовых линий электромагнитной волны. Скептики же сводили наблюдения к ошибкам восприятия. Но теперь есть лабораторные постановки, которые воспроизводят объект с ключевыми чертами — свечением, временем жизни и "скачущим" поведением.

Версия МГУ: "раскалённый пар в оболочке"

Идея такая: линейная молния бьёт в землю, испаряет часть грунта, формируя паровое облако и каверну. Внешний слой облака быстро "схватывается" в тонкую оксидную оболочку (например, SiO₂/Al₂O₃), запирая раскалённый газ внутри. Получается горячий шар, который вырывается из грунта и дальше движется и светится за счёт высокой температуры и заряда.

"Например, мы воздействуем зарядом на алюминиевую пластинку", — рассказал ведущий научный сотрудник физического факультета МГУ Владимир Бычков.

В таких опытах на столе возникают миллиметровые светящиеся "шарики", которые подпрыгивают и иногда взрываются; при попадании в воду остаётся металлическое ядро и отдельная тонкая "скорлупа".

"Когда же шарик попадал в воду (мы специально подставляли кювету), то выпадала металлическая сфера, а рядом плавала оболочка", — объяснил ведущий научный сотрудник физического факультета МГУ Владимир Бычков.

Исследование показало: в лабораторном варианте ядро почти чисто алюминиевое, а оболочка — оксид Al₂O₃. Это согласуется с гипотезой "раскалённого пара в оксидной оболочке".

Почему шар может "летать"

Если шар несёт отрицательный заряд, а поверхность Земли тоже отрицательно заряжена, возникает электрическое отталкивание — отсюда "левитация" над землёй. В реальной грозе возможны и положительно заряженные шары; их поведение будет иным. Оценочно давление внутри настоящей шаровой молнии может достигать ~10 атм, чего достаточно для заметной ударной волны при разрыве оболочки.

"20-сантиметровая шаровая молния будет жить примерно 20-30 секунд, и чем она больше, тем дольше", — резюмировал ведущий научный сотрудник физического факультета МГУ Владимир Бычков.

Сравнение: конкурирующие объяснения

Как это делали: упрощённая схема эксперимента

1. Оборудование: импульсный генератор разряда, токопроводящая пластинка (напр. алюминий), диэлектрическая подложка, кювета с водой, высокоскоростная камера, осциллограф, тепловизор/термопара, защитный экран, СИЗ (очки, перчатки, щиток).
2. Нанесение импульса на пластинку с контролем энергии и длительности фронта; видеозапись области разряда.
3. Фиксация появления светящихся "шаров", траекторий "прыжков", момент "взрыва".
4. Перехват одного объекта в воду; отбор "ядра" и "скорлупы".
5. Анализ образцов (микроскопия, ЭДС/рентгеноспектральный анализ) на состав (Al, Al₂O₃ и пр.).
6. Обработка данных: время жизни, яркость, размеры, оценка давления (по динамике оболочки).
7. Сопоставление с моделью и параметрами природных случаев (время, яркость, повреждения).

Важно

Это опасная постановка; не для домашнего повторения. Работают только в экранированном боксе и в СИЗ.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Путать искры с "шарами" → ложные выводы о природе явления → использовать высокоскоростную съёмку и фильтры, фиксировать "ядро+оболочку".
• Некамерный режим энергии → ожоги/пожар → расчёт энергии импульса, бокс, огнетушитель, протокол безопасности.
• Отсутствие анализа образцов → нет верификации "скорлупы" → обязательная микроскопия и химический анализ.
• Игнорировать зарядовую динамику → неверные выводы о "левитации" → измерять потенциалы/поле, моделировать релаксацию заряда.

А что, если феномен не один?

Сходные на вид шары могут возникать разными путями: плазменные разряды, химически активные облачка, "пар в оболочке". Если так, часть наблюдений объясняется одной моделью, часть — другой. Задача физики — отделить случаи, сверяя материальные следы (ожоги, оплавы, остатки оболочек) и кинематику.

Плюсы и минусы "оболочечной" модели

FAQ

Это точно "та самая" шаровая молния?

Совпадает ряд признаков (свечение, "прыжки", следы оболочки). Но чтобы сказать "точно", нужно больше полевых наблюдений и сопоставимых остатков.

Опасна ли она для человека?

Да. Возможны ожоги, воспламенение предметов и электрический удар; при разрыве — ударная волна. Держитесь подальше от непонятных светящихся шаров во время грозы.

Почему её редко снимают крупно?

Явление редкое и краткоживущее. Но с ростом сетей камер и дронов шансы на "чистую" съёмку увеличиваются.

Почему шар иногда "висит"?

Из-за электрического заряда: одноимённые заряды земли и шара отталкиваются, частично компенсируя тяжесть.

Можно ли сделать такую штуку дома?

Нет. Это риск высоковольтного разряда, ожогов и пожара. Эксперименты проводят только в лаборатории с защитой.

Мифы и правда

• Миф: Шаровые молнии — это галлюцинации.
  Правда: есть зафиксированные материальные следы и лабораторные аналоги с "ядром+скорлупой".
• Миф: Это всегда плазма.
  Правда: плазменные объяснения существуют, но "оболочечная" модель тоже воспроизводит ключевые свойства.
• Миф: Если не снято вблизи, значит выдумка.
  Правда: редкость крупного видео связана с краткостью события; это не отменяет физических следов.

Психология восприятия: почему рассказам не всегда верят

Во время грозы зрение и слух "обманываются" вспышками и громом — отсюда скепсис к свидетельствам. Лучшая защита от ошибок — синхронные записи (видео+датчики поля), независимые наблюдатели и материальные пробы. Наука движется именно туда.

Три интересных факта

• В моделях МГУ релаксация заряда у отрицательных шаров может занимать ≈150 с, а охлаждение до потери свечения — ≈200 с (на практике меньше).
• След от "мини-шаров" на бумаге напоминает звёздчатые ожоги, что отличает их от обычных искр.
• "Взрыв" оболочки сопровождается мини-ударной волной — в воде это видно по кавитационным кольцам.

Исторический контекст: как менялись идеи

• 1930-1950-е: модели газового разряда и электромагнитных волн, интерес Петра Капицы к проблеме.
• 1990-е-2000-е: дискуссии о реальности явления, первые приборные записи.
• 2010-е-2020-е: лабораторные "мини-шары", фото/видео фиксация, анализ "ядро+скорлупа".
• 2020-е: развитие камерных установок, рост числа наблюдений с уличных камер/дронов.

В итоге самая консервативная формула сейчас такова: "шаровых молний" может быть несколько по механике, но "раскалённый пар в тонкой оксидной оболочке" хорошо объясняет часть наблюдений и результаты лабораторных опытов. Дальше — дело за репликацией и полевыми данными.