Наночастицы в шаровой молнии

Над объяснением шаровой молнии физики ломают голову уже не первый век. Предлагаются разные модели, печатаются большие обзоры, но до сих пор прогресс был небольшой. Главное препятствие в том, что пока не удается воспроизводимо получать шаровую молнию в лаборатории. То, что получалось (например, в газоразрядных опытах Капицы) было очень непохоже на природное явление ни по поведению, ни по методу возникновения.

В последние годы ситуация изменилась после того, как нескольким независимым группам экспериментаторов удалось получить файерболы (плазменные шарики), в чем-то напоминающие природные шаровые молнии.

Два года назад двое израильских физиков опубликовали работу, рассказывающую об успешном создании файерболов путём вытягивания её из расплава под действием мощного микроволнового излучения, см. популярную заметку Получен новый вид лабораторных шаровых молний (в СМИ эти объекты окрестили "шаровыми молниями в микроволновке"). Поведение такого объекта было похожим на поведение природной шаровой молнии, за тем лишь исключением, что она "жила" только при включенном резонаторе и быстро исчезала при его выключении (т.е. она как-то подпитывалась микроволнами).

На днях в журнале Physical Review Letters появилась статья, в которой рассказывается о новых экспериментах с этой лабораторной шаровой молнией. С помощью рассеяния рентгеновских лучей было установлено, что этот файербол наполнен наночастицами (предположительно окисла кремния) размером порядка 10 нм.
Исходя из свечения файербола, можно оценить, что температура этих наночастиц составляет порядка 1000 К, а значит, активно идет испускание электронов наночастицами. Элекстроны, в свою очередь, взаимодействуют с микроволновым излучением, и похоже, они как бы стабилизируют всю конструкцию. В целом, получается, что этот объект состоит из "пыльной плазмы" (а вовсе не из чистой газообразной плазмы, как предполагается во многих теориях шаровой молнии).

По мнению авторов работы, их результаты поддерживают теорию Абрахамсона и Диннисса, см. Nature 403, 519-521 (3 February 2000). В ней утверждается, что энергетика шаровой молнии -- чисто химической природы и как раз основана на медленном окислении кремниевых наночастиц.

На всякий случай, еще раз подчеркну, что устройство настоящей природной шаровой молнии пока еще неизвестно. Да и в лаборатории, кроме "микроволновых" файерболов уже научились делать и "подводные", и долгоживущие "тяжелые" файерболы. Какие из них ближе к природной ШМ -- пока непонятно. В частности, остается открытым вопрос -- есть ли наночастицы в природной ШМ?

В данной работе изучалось устройство именно "микроволновых" файерболов, без претензий (пока) на решение загадки природной ШМ. Это интересно и само по себе, но возможно после многочисленных подобных экспериментов наконец-то выяснятся какие-то общие и четкие закономерности, на основании которых можно будет уже уверенно говорить и про природную шаровую молнию. Пока что можно говорить, что к теории Абрахамсона и Диннисса постепенно склоняется всё больше специалистов.

Если у кого нет доступа к PRL, можно посмотреть доклад авторов на конференции XXVIII International Conference on Phenomena in Ionized Gases (PDF в свободном доступе).