Поймана камерой спустя 400 лет: неразгаданная тайна шаровой молнии
Пять минут после полуночи - 00:05 по восточному времени, 19 марта 1963 года. Рейс 539 авиакомпании Eastern Airlines, летевший из Нью-Йорка в Вашингтон, продирался сквозь грозу, когда весь самолёт окутал слепящий, оглушительный разряд. Через несколько секунд со стороны кабины пилотов появилось нечто: светящийся шар диаметром чуть больше двадцати сантиметров - около двадцати двух, оценит позже свидетель, - сияющий мягким сине-белым светом, примерно как десятиваттная лампочка.
Шар плыл по проходу на высоте спинки кресла, сантиметрах в семидесяти пяти над полом, держа ровный курс и неспешный ход около полутора метров в секунду. Он прошёл в полуметре от сидящего пассажира, не излучая ни следа тепла, и уплыл дальше, к хвосту самолёта, прежде чем исчезнуть.
Пассажира, мимо которого он проскользнул, трудно было выбрать удачнее. Роджер Дженнисон был физиком - радиоастрономом, работавшим в Джодрелл-Бэнк и вскоре получившим кафедру физической электроники в Кентском университете, - и он сделал ровно то, что делает физик: смотрел, оценивал размер, яркость и скорость и закреплял увиденное в памяти как данные, а не как чудо. В 1969 году он опубликовал отчёт в журнале Nature, трезвый и выраженный в числах, несколько осторожных фраз, которые и поныне остаются среди самых чистых свидетельств об этом явлении.
Свидетельство Дженнисона не было единственным. Пилоты и экипажи описывали светящиеся шары, катящиеся по салонам и кабинам, достаточно часто, чтобы исследователи составили отдельный каталог авиационных случаев, и картина странно устойчива: яркий разряд снаружи фюзеляжа, затем медленная, невозмутимая сфера внутри, исчезающая за несколько секунд. Эти встречи происходят внутри, по сути, клетки Фарадея из алюминия - оболочки, которая должна не пускать внутрь всякое случайное внешнее поле.
У того, что видел Дженнисон, есть имя и четыре столетия свидетельств за плечами. Очевидцы, застигнутые грозой, - фермеры, моряки, пилоты, физики - раз за разом описывают один и тот же объект: светящийся шар, часто размером с грейпфрут, который зависает, блуждает, иногда шипит или отдаёт резким запахом серы, а затем либо беззвучно исчезает, либо лопается с грохотом. Явление называется шаровой молнией, и большую часть истории науки у него не было ни единого физического доказательства - только рассказы, тысячи и тысячи. Русский физик Марк Стаханов и другие собрали базы из многих сотен наблюдений; один каталог свёл более двух тысяч случаев, достаточно согласованных, чтобы вывести из них грубый консенсус о размере шара, его цвете и времени жизни.
Самое старое подробное свидетельство пришло из Уидеком-ин-те-Мур в Англии. 21 октября 1638 года, во время бури, оставшейся в памяти как Великая гроза, очевидцы описали огромный огненный шар, ворвавшийся в деревенскую церковь, круша скамьи и окна и наполняя неф мерзким запахом серы. Четыре человека погибли, около шестидесяти были ранены. Жители, вполне разумно для своего времени, винили дьявола; современные исследователи читают тот же старый отчёт как хрестоматийное описание шаровой молнии, что показывает, как мало изменилось само описание почти за четыреста лет.
По пути в летопись вошли и другие знаменитые случаи. В 1753 году физик Георг Рихман погиб в Санкт-Петербурге во время опыта в духе Франклина с незаземлённым стержнем в грозу, и знаменитая гравюра изображает огненный шар, прыгающий ему в лоб. Из поколения в поколение это пересказывали как первую научную смерть от шаровой молнии.
Почти два столетия официальная наука склонялась к взгляду скептиков, списывая сообщения на остаточные образы, выжженные на сетчатке обычной вспышкой, на огни святого Эльма, перепутанные в памяти, или на чистую фантазию. И всё же свидетельства продолжали приходить, и многие несли деталь, которую не могла переварить никакая известная физика: очевидцы настаивали, что светящиеся шары проходили сквозь закрытые оконные стёкла, а порой и сквозь сплошные стены, и спокойно продолжали путь по ту сторону, будто ничего не случилось. Это самая упорная черта свидетельств.
А затем, в июле 2012 года, вмешался случай. На Тибетском нагорье в провинции Цинхай группа из Северо-Западного педагогического университета в Ланьчжоу - среди них Цзяньюн Цэнь и Пин Юань - записывала обычные молнии типа облако-земля скоростными камерами и бесщелевыми спектрографами, когда удар примерно в 900 метрах поднял светящийся шар. Приборы удерживали его 1,64 секунды, пока он дрейфовал около десяти метров вбок и поднялся метра на три, и в этот миг он сменил цвет перед объективами, с белого на тусклое красноватое свечение, прежде чем погаснуть. Видимый ореол достигал метров пяти, хотя горящее ядро было куда меньше.
Результат, опубликованный в Physical Review Letters в январе 2014 года, стал первым в истории спектром природной шаровой молнии и первым разом, когда кто-либо наблюдал рождение явления из удара молнии. Он нёс послание, написанное светом: линии излучения кремния, железа и кальция - химический отпечаток почвы, а не воздуха.
Выводы и открытые вопросы
Этот отпечаток согласуется с теорией, которую Джон Абрахамсон предложил вместе с Джеймсом Диннисом в Nature в 2000 году: удар молнии испаряет кремнезём в грунте, высвобождая нитевидную сеть наночастиц кремния, которые медленно окисляются в воздухе и светятся, сгорая, - шар тлеющей пыли, а не огня. У неё есть осторожная лабораторная поддержка: в 2007 году Герсон Пайва и Антонио Паван из Федерального университета Пернамбуку в Бразилии испаряли кремниевые пластины электрическими дугами и получали маленькие светящиеся шары, катавшиеся по столу до восьми секунд. Но испарённая почва с трудом объясняет шар, формирующийся внутри герметичной кабины на высоте, вдали от всякой земли; ни сферы, проскальзывающие сквозь оконное стекло без единой трещины; ни то, почему явление так редко, тогда как молния типа облако-земля - нет.
Более старые теории закрывают одни дыры и открывают другие. В 1955 году нобелевский лауреат Пётр Капица утверждал, что шар - это тлеющий разряд, поддерживаемый микроволновым излучением грозы, стоящий в воздухе, как звук в органной трубе; это объяснило бы и парение, и внезапное исчезновение, но требуемых микроволн рядом с реальным наблюдением никто никогда не измерял. В 2016 году физик Хуэй-Чунь У развил идею в Scientific Reports, предположив, что остриё разряда молнии выстреливает пучком релятивистских электронов, который излучает мощный микроволновый импульс и запирает сам себя в пузыре ионизированного воздуха. Его привлекательность в том, что микроволны проходят сквозь стекло, что наконец объяснило бы сообщения о прохождении через окно; слабость - в том, что весь механизм остаётся расчётом, а электронные пучки никогда не наблюдались в грозе.
Лаборатория предложила и собственные огненные шары - Эли Джерби и Владимир Дихтяр в Тель-Авиве вызвали парящие плазменные шары, высверливая керамику магнетроном, хотя и питаясь бытовым микроволновым источником, а не грозовой тучей. В 1991 году химик Дэвид Тёрнер предположил, что шар держится электрохимически: ядро горячей плазмы, чьи ионы дрейфуют наружу, собирают водяной пар и охлаждаются в оболочку кислых капель, которая удерживает его устойчивым куда дольше, чем позволено голой плазме; это льстит сообщениям о едком, сернистом запахе, но с трудом объясняет шар, возникающий в сухом воздухе высотной кабины.
И есть идея, тревожнее всех прочих. В 2010 году Йозеф Пеер и Александр Кендль из Инсбрукского университета предположили, что часть шаровой молнии - не в мире, а внутри черепа: магнитные поля некоторых повторяющихся разрядов могут стимулировать зрительную кору так же, как это делает в клинике транскраниальная магнитная стимуляция, рисуя светящиеся фосфены прямо в поле зрения свидетеля. Галлюцинация проходит сквозь стены, не оставляет обломков и не нуждается в физике удержания - но фосфены не опаляют скамьи, не наполняют церковь серой, не регистрируются спектрографом и не плывут по проходу самолёта на глазах у обученного физика. Тот же скептический взгляд подрывает и старый канон: вскрытие Рихмана читается как обычный удар молнии, а легендарный шар, возможно, живёт лишь в позднейшей добавке гравёра.
Отсюда вопрос, который никто не может закрыть: одно ли это явление - или несколько, носящих одно заимствованное имя? Шар из Цинхая родился из земли и не приближался к окну; шар Дженнисона возник внутри герметичной алюминиевой трубы в небе; уидекомский огонь убивал, а галлюцинация не может. Быть может, горящие пары почвы, запертые микроволны, электрохимическая плазма и порождённые грозой фокусы мозга все разом реальны, все редки и все тихо подшиты под один старый ярлык. Ничто пока не связывает эту классификацию воедино; это подозрение, а не вывод. Так шаровая молния сохраняет свой странный статус - сфотографированная и спектрально измеренная ровно один раз и всё ещё недоступная уверенному объяснению, - а где-то этой ночью гроза, быть может, несёт маленький яркий шар ровным, неспешным курсом, на шаг впереди камер.