Феномен без объяснения: что наука знает о шаровой молнии
Шаровая молния остается одним из самых загадочных природных явлений, которое наблюдали тысячи людей по всему миру, и одним из немногих, так и не получивших общепринятого научного объяснения. Физики не могут ни воспроизвести его в лаборатории, ни договориться о его природе, хотя первые письменные упоминания о светящихся шарах, дрейфующих сквозь стены и взрывающихся без предупреждения, относятся к XII веку. Что именно известно науке о феномене — в материале «Известий».
История шаровой молнии
История шаровой молнии как документально зафиксированного явления началась задолго до появления физики как науки. Самое раннее из известных британских описаний обнаружили сотрудники Даремского университета в 2022 году — в хронике бенедиктинского монаха Жерве Кентерберийского, составленной около 1200 года. В своей «Хронике» монах описывал события 7 июня 1195 года на Темзе: «чудесный знак» в виде темного облака, из которого выпал огненный вращающийся шар и затем двигался горизонтально над рекой.
Профессор истории Гайлс Гаспер из Даремского университета пояснил, что «описание белого вещества, выходящего из темного облака, падающего в виде вращающейся огненной сферы, а затем движущегося горизонтально, очень похоже на исторические и современные описания шаровой молнии». Находка отодвинула первое британское упоминание феномена почти на 450 лет назад относительно того, что считалось таковым прежде.
Следующее крупное историческое событие датируется 21 октября 1638 года: во время сильнейшей грозы в английском Девоне огненный шар диаметром около 2,4 м влетел в церковь в деревне Уидекум-ин-зе-Мур. Четыре человека погибли, около 60 получили ранения. В XVIII веке жертвой феномена стал российский физик Георг Вильгельм Рихман: в 1753 году во время электрического опыта светящийся шар ударил его в голову. Очевидцы описывали ожоги и разорванную одежду — следы высокого напряжения.
Как выглядит шаровая молния
Систематическое изучение свидетельств началось значительно позже. Российский физик А.И. Григорьев проанализировал более 10 тыс. случаев наблюдения шаровой молнии и составил ее статистический портрет. По собранным данным, шаровая молния чаще всего появляется в виде светящегося сферического объекта диаметром от одного до 100 см — в среднем около 20 см. Цвет варьируется: красный, оранжевый, желтый, белый, значительно реже синий или зеленый. Яркость сопоставима с обычной лампой накаливания — ее можно видеть в дневное время.
По данным Scientific American, средняя продолжительность существования явления составляет около 25 секунд, хотя зафиксированы случаи как в несколько секунд, так и до нескольких минут. Шар движется преимущественно горизонтально со скоростью до 3 м/сек., способен менять направление вопреки ветру и проникать в помещения через закрытые окна и двери.
Именно из-за этого поведения явление так долго не давалось физикам: свидетельства казались слишком разнородными, чтобы считать их достоверными.
Почетный работник сферы образования РФ, учитель физики ГБОУ Школа № 57 Владимир Степушин
До недавнего времени большинство физиков вообще считали шаровую молнию не реальным эффектом, а разновидностью оптической иллюзии.
По его словам, существовала теория, «которая достаточно убедительно объясняла возможность возникновения похожих галлюцинаций в электромагнитных полях при близких и частых ударах молний».
Китайский прорыв
Перелом в изучении шаровой молнии произошел в 2012 году, и тоже совершенно случайно. На тибетском плато Цинхай ученые из Северо-Западного педагогического университета Китая (Northwest Normal University) проводили измерения спектров обычных молний, когда в поле зрения их камер неожиданно попала шаровая молния, дополнительно зарегистрированная спектрографами. Собранные в том эксперименте данные, опубликованные лишь в 2014 году в научном журнале, стали первой в истории надежной инструментальной фиксацией шаровой молнии и оказались весьма неожиданными для исследователей.
Владимир Степушин
Судя по спектру, химический состав шаровой молнии очень похож на химический состав почвы: ученые зарегистрировали мощные линии кремния, железа и кальция.
Шаровая молния в том случае просуществовала около 1,64 сек., прошла примерно 15 м и оставила четкий спектральный след на протяжении всего пролета.
Владимир Степушин
И это уже не могло объясняться оптической иллюзией, потому что спектрографы, как и прочая точная аппаратура, к «галлюцинациям» не склонны.
Теории: от плазмы до темной материи
Китайские данные дали новый импульс и без того разнообразному теоретическому ландшафту. На сегодняшний день существуют десятки гипотез о природе феномена, из которых несколько считаются наиболее перспективными.
Первая — теория кремниевых наночастиц. В 2000 году новозеландские исследователи Джон Абрахамсон и Джеймс Диннисс предложили модель, согласно которой удар обычной молнии в почву испаряет содержащийся в ней кремний. При остывании пары конденсируются в аэрозоль из наночастиц, которые медленно окисляются и высвобождают свет. Это объясняло и состав спектра, зафиксированного на плато Цинхай.
Вторая — релятивистская СВЧ-теория. В 2016 году группа исследователей описала механизм, при котором в точке удара молнии образуется пучок релятивистских электронов, порождающий интенсивное микроволновое излучение. Давление этого излучения выталкивает плазму наружу, формируя сферический пузырь — самоудерживающийся и стабильный. Теория объясняла большинство известных свойств шаровой молнии, однако для проверки требует источника мощностью в сотни гигаватт.
Третья, самая экзотическая, — гипотеза о темной материи. В 2025 году ряд исследователей предложил связать феномен с аксионными кварковыми наггетами — гипотетическими частицами темной материи, способными генерировать внутреннюю энергию, достаточную для поддержания свечения. Авторы сами характеризуют гипотезу как «крайне умозрительную», однако признают, что она решает принципиальную проблему: ни одна из «классических» теорий не объясняет, откуда феномен берет энергию на протяжении всего времени существования.
«Насчет природы шаровых молний существует множество теорий, однако ни одна из них пока не позволила воспроизвести это явление в лабораториях. Практически все эти теории действительно полагают шаровую молнию некоей формой плазмы, которая стабилизировалась в пространстве тем или иным способом, однако конкретные механизмы останутся гипотетическими вплоть до того момента, когда с их помощью шаровую молнию можно будет создать искусственно», — констатирует Степушин.
Опасна ли шаровая молния
Статистически шаровая молния значительно менее смертоносна, чем обычная. По данным ScienceInsights, задокументированных случаев гибели и тяжелых травм более чем за два века насчитываются единицы. Тем не менее угрозу она представляет реальную, причем сразу несколькими способами.
При контакте с телом шаровая молния наносит термические и электрические ожоги. Высокочастотное радиоизлучение, которое она испускает в диапазоне от одного до 10 см, поглощается тканями и разогревает жидкость в клетках. Наиболее подробно задокументированный медицинский случай описан в Annals of Plastic Surgery: шар влетел в дом через дымоход и обжег мужчину и его пятилетнюю дочь — отец потерял сознание и получил ожоги второй степени.
Не менее опасно разрушение шара: при взрыве он выбрасывает ударную волну и нередко поджигает окружающие предметы. Инцидент 1981 года с советским авиалайнером над Черным морем наглядно продемонстрировал это: огненный шар пробил носовую часть кабины экипажа, прошел сквозь закрытую металлическую переборку и вышел через хвостовую часть, оставив два отверстия в фюзеляже. Никто из пассажиров при этом не пострадал — шар «прогулялся» по салону и исчез.
Главная особенность, которая делает шаровую молнию непредсказуемой в сравнении с обычной: она не бьет мгновенно. Она дрейфует, меняет направление, может следовать за человеком и входить в здания. Поэтому даже краткая встреча с ней требует немедленной реакции.
Что делать при встрече с шаровой молнией
Поскольку ни одна из теорий пока не дает точного описания механики явления, официальных инструкций по безопасности не существует. Однако накопленные наблюдения позволяют сформулировать практические правила.
Главное — не провоцировать резких движений воздуха. Шаровая молния чувствительна к потокам: сквозняк, резкий взмах рукой или громкий звук способны изменить ее траекторию непредсказуемым образом. По этой причине не следует открывать окна и двери — напротив, их лучше закрыть. Не нужно пытаться прогнать феномен, бросать в него предметы или прикасаться к нему: любой контакт грозит ожогами и электрическим поражением.
Оптимальная стратегия — медленно, без резких движений отступить в сторону и лечь на пол, не теряя шаровую молнию из виду. Если она движется к металлическим предметам — батарее, проводке, кранам, это зона повышенного риска: феномен проявляет выраженное сродство к проводникам. После того как шар исчезнет — растворится или взорвется, помещение следует проветрить: при распаде шаровая молния может выделять озон и окислы азота.
Феномен без разгадки
Так как заряд первичен, то на данный момент теория утверждает, что без грозы молния невозможна: процесс формирования шаровой молнии инициируется ударом обычной молнии, — рассказал Степушин.
Это означает, что само по себе воспроизвести явление крайне затруднительно, и именно поэтому загадка остается открытой уже несколько столетий.
Редакция EOS, издания Американского геофизического союза, прямо указывает: если физика шаровой молнии будет наконец понята, это «революционизирует наше понимание физики» в целом. Пока же наука движется к разгадке небольшими шагами — через случайные спектры с тибетского плато, лабораторные дуги в кремниевых пластинах и видеозаписи с домашних камер видеонаблюдения.
