microbik.ru
1 2 3
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ

№ 3 ФИЗИКА 1992
УДК 551.594.2 (049.3)

В.И. Лунев



СВЕТЯЩИЕСЯ ШАРЫ В СИБИРИ И НА ДАЛЬНЕМ ВОСТОКЕ:

ФЕНОМЕНОЛОГИЯ, ЭКСПЕРИМЕНТ, ГИПОТЕЗЫ*
В работе обобщены результаты собственных исследований автора, а также сотрудников научно-исследовательской лаборатории «Природно-техногенные электромагнитные системы» Томского политехнического института и членов Томской группы по исследованию аномальных явлений в окружающей среде, выполненных в период 1983-1989 гг. Под термином «светящиеся шары» имеются в виду локализованные в атмосфере в квазисферической форме образования, излучающие в оптическом диапазоне длин волн электромагнитные колебания и идентифицируемые как шаровые молнии, болиды, плазмоиды, экзотические объекты. Рассмотрен в рамках столетней исторической ретроспективы ряд явлений, которые наблюдались населением Сибири и Дальнего Востока в приземном слое атмосферы в виде светящихся шаров, включая события 1908, 1984, 1985 и 1986 годов, получивших мировую известность. Описаны попытки экспериментального моделирования светящихся шаров в естественных и лабораторных условиях с помощью различных инициирующих факторов: ультрафиолетового излучения, высокочастотного излучения, лазерного излучения, геодинамического напряжения, термостимулирования, радиоволнового возбуждения, электрического разряда. Формулируются и обсуждаются гипотезы, объясняющие некоторые свойства светящихся шаров.
Введение
С 1983 года в Томском регионе (Западная Сибирь, СССР) проводятся систематические комплексные междисциплинарные исследования необычных природных событий. В предлагаемом материале рассматри­ваются как наиболее значительные и редкие события, так и типичные случаи светящихся атмосферных образований, наблюдавшихся на территории Сибири и Дальнего Востока. Изучение этих образований, в соответствии с уровнем постановки задач, проводилось в Томской группе по исследованию аномальных явлений в окружающей среде при Томском отделении Союза научно-инженерных обществ СССР (1983-1990 гг.) в научно-исследовательской лаборатории «Природно-техногенные электромагнитные системы» Томского политехнического института (1986-1990 гг.) и в Сибирском научно-исследовательском Центре «Аномальные явления» при Томском политехническом институте (с 1990г.) [1].

При изложении информации и обсуждении данных используются совместные результаты работ, выполненных нами с институтами Сибирского отделения Академии Наук СССР; Институтом геологии и гео­физики (г. Новосибирск), Институтом теоретической и прикладной механики (г. Новосибирск), Институтом оптики атмосферы (г. Томск), Сибирским научно-исследовательским институтом геофизики, геологии и минерального сырья (г. Красноярск).
* Основные положения работы доложены на II Международном симпозиуме по шаровой молнии (июнь 1990 г., Будапешт).
1. Терминология
В общем случае наблюдаемые светящиеся шаровые атмосферные образования могут быть отнесены к различным классам и типам явлений. Это подтверждает и анализ феноменологических данных [2-7], отнесенных к явлению шаровой молнии. Несмотря на то что в настоящее время существует обобщенный статистический портрет шаровой молнии, до сих пор не создано единой теории, описывающей всю сово­купность свойств шаровой молнии и предсказывающей ее поведение (рождение, эволюцию, распад). Эту проблему обостряет также наличие достоверных случаев наблюдения шаровой молнии, обладающей свой­ствами, существенно отличающимися от обобщенного портрета.

Считая полезным стремление некоторых, исследователей [2] при анализе явления шаровой молнии рассматривать и родственные ей явления, принимается целесообразным использовать далее в тексте тер­мин «светящиеся шары» (СШ). Это решение согласуется с попыткой автора выявить общие генетические предпосылки реализации таких разнородных явлений, как свечения, шаровые молнии, болиды, плазмоиды, аэрозольные образования.

В то же время все СШ будут именоваться в терминах, исторически закрепленных в публикациях первоисследователями, стоявшими на позициях различных научных парадигм.
2. Феноменология
Анализ опубликованной информации, проведенный на глубину ретроспективы в сто лет [11], показал, что население Сибири и Даль­него Востока наблюдало СШ довольно часто. Например, характерны для конца XIX века сообщения газет о наблюдениях СШ в вечернее время на территории как Восточной, так и Западной части Сибири (газеты «Томские Губернские Ведомости», 1888 г.; «Томский листок», 1896 г.; «Восточное обозрение», 1885 г. и другие). Наиболее значительные события представлены ниже в виде феноменологического ряда с разделением на типы СШ.
Болиды
В качестве одного из типов СШ могут быть рассмотрены болиды. Явление болида характеризуется, как правило, теми возмущениями, которые возникают при торможении быстро летящего объекта в атмосфере. Наблюдатели обычно фиксируют оптические, акустические и сейсмические возмущения. В некоторых случаях отмечаются и другие, так называемые электрофонные возмущения [12-15]. Причем одновремен­ное наблюдение нескольких возмущений затрудняет в ряде случаев идентификацию феномена [16].

С позиций гипотезы гелиофизической газоплазменной природы болидных СШ [17, 18] интерес представляют детонирующие болиды, электрофонные, «рыхлые», «медленные» и болиды с пологими траекториями, такие, как Тунгусский 30 июня 1908 года, Тасеевский 26 марта 1936 года, Чулымский 26 февраля 1984 года, Дальнегорский 29 января 1986 года. Соответствующие показания очевидцев опубликованы в раз­личных источниках [19-26].

Тунгусский болид наблюдался в утреннее время над территорией Центральной Сибири. Полет этого крупного болида сопровождался мощными возмущениями и закончился взаимодействием с земной по­верхностью севернее реки Подкаменная Тунгуска, недалеко от поселка Ванавара в Эвенкийском национальном округе Красноярского края. В результате на обширной площади в 2150 км2 был повален лес и возник пожар, а на территории Западной Сибири, Средней Азии, Центральной и Западной Европы были зарегистрированы атмосферные оптические аномалии.

Более чем шестидесятилетние исследования этого феномена не привели ученых к единой, общепризнанной версии события [27, 28]. В настоящее время район Тунгусской катастрофы объявлен государственным биосферным заповедником [29], в пределах которого продолжаются научные экспедиционные изыскания советских и зарубежных исследователей.

Чулымский болид наблюдало население Западной Сибири в Том­ской, Кемеровской, Новосибирской областях и в Красноярском крае в вечернее время (рис. 1). Полет болида сопровождался значительными световыми, звуковыми и электрофонными эффектами и закончился над территорией Асиновского района Томской области (рис. 2). При этом траектория болида четырежды пересекла русло реки Чулым. Несмотря, на то что момент распада тела болида был отмечен значительными барическими и сейсмическими аномалиями, поиск места взаимодействия с земной поверхностью не был обнаружен. Экспедиционные исследования продолжаются.






Рис. 1. Чулымский болид 26 февра ля 1984 г.

(художник Г. П. Бурцев)

Рис. 2. То же в конечной стадии полета над территорией Томской области (художник Ю.П. Бурмистров)


Дальнегорский болид был зафиксирован в Приморском крае в ночное время. Болид имел вид яркого самосветящегося шара со шлейфом и закончил свое существование вблизи поселка Дальнегорска. В месте падения на площади 4 м2 наблюдалось возгорание растительности, длившееся около 1 часа.

Общим для всех трех болидов, кроме того, что все они являются СШ, явилось наличие болидов-сателлитов, наблюдавшихся в тех же географических зонах до или после основного события.
Шаровые молнии
Проводя в сибирско-дальневосточном регионе экспедиционные исследования аномальных флуктуации физических полей природно-техногенных электромагнитных систем, исследователи смогли за последние годы собрать сведения о более 600 случаях наблюдения СШ, которые при сравнении с обобщенным портретом [2] могут быть отнесены к шаровым молниям (рис. 5, 6).


Рис. 3. Схема мест разрушений, произведенных шаровой молнией 30 ноября 1984 г. в с.Гольцовка

Змеиногорского района Алтайского края (составлена Н.Л. Николаевым по показаниям очевидцев)
Для некоторых случаев характерно значительное воздействие на природный и техногенный ландшафт. Так, шаровая молния, наблюдавшаяся 30 ноября 1985 года в Змеиногорском районе Алтайского края, произвела разрушения построек, транспорта, оказала влияние на людей, локальную метеообстановку и вызвала геофизические аномалии (рис. 3, 4).


Рис. 4. Одно из разрушений, произведенное гольцовской шаровой молнией (фото В.Н. Фефелова)





Рис. 5.

Рис. 6


Рис. 5. Шаровая молния в охотничьей избушке вблизи озера Дурное, Средний Васюган, Томская область,

ноябрь 1985 г. (фото Ю.С. Горчакова)

Рис. 6. Та же шаровая молния, сфотографированная через одну минуту с расстояния 0,8 м (фото Ю.С. Горчакова).






Рис. 7.

Рис. 8


Рис. 7. Наблюдаемый световой эффект в момент взрыва в квартире г.Томска, 1 ч 55 мин

по местному времени 7 апреля 1985 г. (рисунок В. И. Лунева)

Рис. 8. Тот же световой эффект, зафиксированный фотографически (фото В.И. Лунева, В.Н. Фефелова)
Плазменные образования
Зарегистрировано несколько случаев образования плазменных объектов в открытой атмосфере и в закрытых помещениях, которые отличаются от болидов и шаровых молний. Наибольшую известность получили регулярные наблюдения плазменных образований в период с августа 1984 года по апрель 1985 года в квартире жилого крупнопанельного дома в городе Томске (рис. 7, 8). В результате исследований был выявлен запускающий механизм и генерация плазменных образований была прекращена.

Интерес представляют СШ, возникающие над крупными пожарами, такими, как горение шпалозавода в июле 1983 года в городе Томске и тайги на севере Сахалина в июле 1989 года.
Свечения
Как отражение общей тенденции к смешению полярных сияний в средние широты, увеличивается число наблюдений пространственно локализованных сияний (рис. 9) над некоторыми структурными образованиями литосфер. Например, в октябре 1988 года над Бакчарскими железорудными месторождениями в Томской области неоднократно наблюдались СШ. На протяжении полутора десятка лет ведутся наблюдения за СШ в Алтае-Саянской складчатой области.


Рис. 9. Фрагмент панорамной фотосъемки местности вблизи слияния малых рек Большая и Малая Куржина на севере Томской области 21 июля 1986 г, около 16 ч местного времени (фото В.И. Лунева)
Аэрозольные образования
Обнаруженные недавно на высоте нескольких километров от поверхности Земли невидимые облака, вероятно, могут наблюдаться в приземном слое атмосферы. Имеются случаи фотографической регистрации аэрозольных образований при проведении панорамных съемок мест геологического опоискования (рис. 10).


Рис. 10. Фрагмент панорамной фотосъемки верхней террасы правого берега реки Томи в

районе Лагерного сада, г. Томск, июль 1983 г. (фото предоставлено В. Н. Фефеловым)
Экзотические объекты
Имеется региональная выборка в количестве более 200 случаев наблюдений СШ, обладающих так называемым «целевым поведением». Для таких экзотических объектов характерно «копирование» деятельности технических изделий, выражающееся в сложной траектории полета, в способности ускорять и замедлять движение, зависать на длительное время, испускать лучи, внезапно возникать и исчезать в одном и том же месте (рис. 11, 12).






Рис. 12

Рис. 11.





Рис. 11. Фрагменты панорамной съемки местности вблизи экспедиционного лагеря на юге Томской области,

июль 1988 г., около 7 ч местного времени (фото Г.В. Николаева)

Рис. 12. Фрагменты панорамной съемки поймы реки Томи на правом берегу в районе Лагерного сада,

г.Томск, 16 апреля 1990 г., 15-16 ч местного времени (фото А. А. Рахимова)
Вышеприведенные типы СШ не были специально инициирована человеком и поэтому объективно отражают эндогенные к экзогенные механизмы образования, эволюции и распада СШ, к выявлению которых направлены усилия многих исследователей.
3. Экспериментальное моделирование
Попытки искусственного воспроизведения естественных СШ имеют многолетнюю историю и достаточно полно отражены в литературе [2, 4-7, 9] и др. Ниже приведены новые результаты последних экспериментальных исследований в сибирском регионе, которые могут дополнить имеющуюся информацию.
Высокочастотный разряд во влажном воздухе [30, 31]
Эксперимент проводился по схеме емкостного ВЧ-разряда в кварцевых колбах (d ~ 7,2 см, l ~ 37,5 см) при давлениях 0,1-3,0 кПа. Методика эксперимента состояла в следующем. Сначала в сухом воздухе поджигался ВЧ-разряд (W ~ 40 кВт; f = 37 МГц;  = 10-60 мс; F = 1-5 Гц). При достижении концентрации плазмы ni = 1014 см-3 в колбу подавалась в проточном режиме рабочая смесь (воздух+пары воды, близкие к насыщению). Скорость подачи контролируемого количества смеси (через штуцер в торце колбы) не превышала приблизительно 5 м·с-1. Исходная плазма сухого воздуха имела параметры Tе ~ 5·103 К, T ~ (1,0-1,2)·103 К.

В результате поступления воды ВЧ - разряд уменьшался в объеме и стягивался в область кольцевых электродов, меняя при этом цвет с белого на голубоватый. При повышении мощности, поступающей в разряд, до 20 Вт·см-3 был обнаружен воспроизводящийся режим, в котором в месте контакта исходной плазмы с набегающим потоком водяного аэрозоля возникало и разрасталось в объеме ярко-оранжевое образование (СШ или плазмоид). СШ имел резко очерченную границу раздела и характерный диаметр 22,5 см (рис. 13). Время жизни СШ оценивалось как по его свечению с помощью скоростной фотосъемки, так и путем сопоставления с периодом следования ионизирующих ВЧ - импульсов (1/F). Оно оказалось аномально большим, около 0,4 - 5,0 с. СШ легко увлекался потоком воздуха, поступающим в колбу с дисперсной фазой, перемещаясь к центру разрядной трубки со скоростью примерно 0,5-1,0 м·с-1, регулярно воспроизводился в опытах при выполнении условий максимального охлаждения первичной плазмы, в частности, при средней концентрации молекул воды N ~ (1,75 – 3,00) х 1019 см-3, СШ сохраняли свою форму и размеры и не смешивались с первичной плазмой ВЧ - разряда или окружающим воздухом (рис. 14).





Рис. 14

Рис. 13.





Рис. 13. Внешний вид сгустка холодной неравновесной плазмы на фоне свечения первичной плазмы

ВЧ - разряда (фото Е.Т. Протасевича)

Рис. 14. Сгусток холодной неравновесной плазмы, возникающей при нормальном атмосферном давления

в фокусе параболической антенны (f ~ 3 ГГц; Р  400 МВт;   1 мкс; фото Е.Т. Протасевича)
Лазерное инициирование СШ [32-34]
С помощью СО2 - лазера- удалось инициировать возникновение в приземном слое атмосферы плазмоидов квазисферической формы со временем жизни около секунды при относительной влажности воздуха 95 - 97% и температуре окружающей среды, превышающей 0°С (рис. 15).
Возбуждение СШ ультрафиолетовым светом [35, 36]
Принимая во внимание предположение о визуализирующей роли ультрафиолетовой компоненты солнечного света в случае вышеупомянутых аэрозольных образований и учитывая теоретические и экспериментальные результаты работ в этой области Секции анализа объектов окружающей среды Сибирского отделения Научного совета по аналитической химии АН СССР [37, 38], были поставлены натурные эксперименты по возбуждению СШ ультрафиолетовым светом.


Рис. 15. Плазмоид, полученный в открытом пространстве с помощью СО2-лазера при относительной влажности

воздуха (95 - 97)% (фото предоставлено В. А. Ханом)
В сумеречное и ночное время в геолого-геофизически обусловленном месте, характеризующемся частыми спорадическими наблюдениями СШ, выделенный объем 20  30 м3 приземного слоя атмосферы: подвергался импульсному 100-200 мс воздействию света ртутных ламп и производилось фотографирование облученного объема воздуха.

За летние сезоны 1987-90 гг. удалось фотографически зарегистрировать более 100 УФ - стимулированных СШ (рис. 16-8), Вероятность визуализации СШ имеет значение около 0,11, что в 20 - 25 раз выше вероятности визуализации СШ в произвольно выбранном месте на местности и в произвольное время в течение суток.

Электроразрядная стимуляция СШ [39-46]
Традиционная схема возбуждения факельного плазменного разряда успешно была применена для стимулирования СШ, Удалось исследовать фазовый переход в режиме с обострением при возникновении плазменных объектов, изучить влияние автомодулящии на режимы генерации плазменных образований, провести термографирование плазмоидов [42-4].



Рис. 16. Литоплазмоиды, возбуждаемые в приземном слое атмосферы УФ - светом на правом берегу реки Чулым вблизи села Первомайское Томской области 23 июля 1988 г., 1 ч 40 мин местного времени (фото В. И. Лунева)





Исследование региональных особенностей грозовой деятельности [39-41, 45, 46] и сопоставление активности появления СШ дало следующие предварительные результаты. Для Томской области установлено, что среднее значение удельной плотности разрядов молнии в землю за один грозовой день Nд составляет 0,106 разр./км2. Причем среднее значение амплитуды: тока молнии Iм = 30 кА. Среднее многолетнее число грозовых дней Tд = 25, Таким образом, за год Nг = 2,7 разр./км2 и среднее число наблюдений СШ за год (период 1986 - 90 гг.) Nсш ~ 145 для территории области в 317 тыс. км2, то есть вероятность появления СШ составляет Pсш ~ 1,7 10-4 в расчете на каждый зарегистрированный случай появления линейной молнии. Обнаружено, что в долине реки Оби значение Nд выше, чем для таежных районов, тогда как соотношение Tд для указанных типов ландшафтов обратное.
Радиоволновое возбуждение СШ [48]
Известные случаи возбуждения СШ вблизи радиопередающих станций (например, [47]) моделировались с помощью мощной транспортабельной любительской станции, работавшей в коротковолновом диапазоне. В качестве облучаемого радиоволнами объекта использовался метеорологический зонд, наполненный отработанным гелием, который держал вертикально в атмосфере тридцатиметровый медный провод - антенну. При работе как на ключе, так и с микрофоном наблюдалось фиолетовое свечение зонда, пульсирующее в такт передаче сигналов.
Термостимулированные источники энергоснабжения СШ [49, 52]
Экспериментально развивалось предложение [51], объясняющее долгое время жизни СШ  >> 1 с в открытой воздушной атмосфере за счет энергоснабжения в радиоволновом диапазоне 107...108 Гц по каналу «грозовое облако - земля». При этом в качестве источника энергии предполагалось не грозовое облако и в качестве волновода не канал линейной молнии, а активные разломы в литосфере Земля.






Рис. 17.

Рис. 18.


Рис. 17. Светящиеся шары, возбуждаемые в приземном слое атмосферы УФ - светом в месте слияния реки Оби и Курьи вблизи села Мельниково в Томской области. 17 июня 1988 г., 0 ч 50 мин местного времени (фото Г.В. Николаева)

Рис. 18. Светящийся объект, возбужденный УФ - светом вблизи палатки на том же месте, что и

на предыдущей рисунке, 27 июля 1989 г., 1 ч 45 мин местного времени (фото В. П. Сивцова)
Исследования температурного изменения интенсивности электромагнитной и акустической эмиссии образцов кварца, касситерита, топаза, флюорита, магнетита различного генезиса при нагревании в вакууме до 720°С позволили оценить величину удельного энерговыделения электромагнитного излучения в диапазоне частот 50...20·107 Гц при электродиффузионных процессах в минералах: G = 4,6·10-8 Дж·г-1. Учитывая массу горных пород, взаимодействующих в подновляющихся разломах-волноводах, интегральная величина средней мощности генерируемой энергии может достигать 105  107 Вт. Поступление этого количества энергии в приземный слой атмосферы достаточно для обеспечения длительного времени жизни СШ.
Геодинамическое возбуждение СШ [49-73]
Проблема геодинамической обусловленности некоторых видов СШ в настоящее время достаточно хорошо разработана в сибирско-дальневосточном регионе. Рассмотрены феноменологические, теоретические и мониторинговые аспекты. Усилия исследователей сосредотачиваются на искусственном натурном моделировании геодинамически возбужденных СШ.

На одном из геолого-геофизических полигонов в Томской области удалось зарегистрировать фотографически СШ в приземном слое атмосферы при возбуждении периодических механических деформаций в поверхностном слое земли с помощью электромеханического вибратора (рис. 19).


Рис. 19. Светящиеся шары вблизи работающего электромеханического вибратора на геолого-геофизическом

полигоне в Томской области, 11 августа 1987 г., 1 ч 37 мин местного времени (фото М. А. Шустова)

следующая страница >>