книги из ГПНТБ / Рыдник В.И. Четвертое состояние вещества

Свободные электроны в результате направленного движения замкнули цепь.

Первоначальную ионизацию осуществили энер­ гичные фотоны рентгеновских лучей. Если ток до­ статочно велик, то выделяющаяся при прохождении тока энергия в состоянии .поддержать нужный уро­ вень ионизации и без рентгеновской трубки. Если же ток мал, то стоит отнести сосуд с газом на преж­ нее место, и ток быстро упадет. Это и понятно: часть свободных электронов в сосуде, двигаясь под действием электрического поля к электроду, пере­ шла в его металл, другая часть электронов была на своем пути пленена ионами, которые при этом пре­ вратились в нейтральные атомы. В результате сво­ бодные заряженные частицы почти исчезли, и газ перестал проводить ток.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД В ТАЗАХ

Итак, плазму можно создать нагреванием, об­ лучением и, наконец, электрическим разрядом. По­ следний способ получения плазмы — один из наи­ более «легких». Мы уже сказали, что холодный газ является хорошим изолятором, поскольку в нем от­ сутствуют переносчики тока — свободные заряжен­ ные частицы. В земных условиях, однако, такого абсолютно •изолирующего таза нигде не найти: газ всегда хоть немного, но ионизирован. Это обуслов­ лено посторонними по отношению к самому разря­ ду причинами: радиоактивными веществами в зем­ ной коре испускаются энергичные частицы, которые ионизируют приземные слои воздуха; такую же роль играют частицы, как напускаемые Солнцем, так и приходящие из еще более далеких глубин ми­ рового пространства, -— космические лучи.

20

Вот это небольшое количество электронов и ионов в холодном газе, созданное посторонней ионизацией, играет роль «затравки» при электриче­ ском разряде. Пусть на электроды, введенные внутрь разрядной камеры с газом, го дано невысо-

•кое напряжение. Заряженные частицы в этом сла­ бом электрическом,поле не смогут приобрести сколь­ ко-нибудь значительную энергию. Электроны и ионы, двигаясь в таком поле, спокойно дойдут до электродов и разрядятся на них или воссоединятся друг с другом на пути к электродам. Над нейтраль­

прекратится, посторонние ионизаторы все время об­ разуют в газе новые ионы и электроны, но число их столь невелико, что ток в разряде будет чрезвычай­ но слабым. Газ в таком разряде — еще «не настоя­ щая» плазма.

Начнем повышать напряжение на электродах. Результат окажется равносильным тому, который достигается, при повышении температуры. Элек­ троны и ионы, двигаясь вдоль разрядной камеры, будут приобретать от электрического поля все большую энергию. Наконец наступит момент, ког­ да они, встречаясь на своем пути с нейтральными атомами газа, смогут ионизировать их. Новообразующиеея электроны и ионы тут же активно вклю­ чаются в «разрушительную» работу, и число «непо­ врежденных» нейтральных атомов газа начинает быстро уменьшаться.

Получается картина, аналогичная обвалу в го­ рах, когда с вершины срывается камень. Быстро набирая скорость в своем падении, этот камень

21

22

ПОЛЯРНЫЕ СИЯНИЯ, «ПАДАЮЩИЕ ЗВЕЗДЫ»

ИШАРОВЫЕ МОЛНИИ

Вверхних слоях земной атмосферы уже упоми­ навшиеся посторонние причины могут вызывать яв­ ления, очень сходные с теми, которые получаются на столе экспериментатора.

Солнце часто выб'ра^сывабт мощные потоки ионов в мировое пространство.

Одной из таких'причин являются быстрые ионы, выбрасываемые Солнцем при вспышках на его поверхноети. Скорости этих ионов огромны. Разле­ таясь по всем направлениям, они достигают верх­ них слоев земной атмосферы примерно за сутки. Врываясь в атмосферу, солнечные частицы ионизи­ руют и возбуждают атомы газа (воздуха); в ре­ зультате возникает яркое свечение, длящееся при особенно интенсивной «бомбардировке» иногда ча­ сами. Это свечение — не что иное, как полярные сияния. _ .............

23

Свечением плазмы объясняется и другое, часто наблюдаемое и совершенно неправильно называе­ мое явление —• «падающие звезды». Конечно, звез­ ды здесь совершенно ни при чем. Это — раскален­ ный газ, но в совершенно ничтожных количествах, и светится он, когда в земную атмосферу влетают метеоры ■— небольшие камешки и пылинки из меж­

планетного пространства. Быстро тормозясь в. сравнительно плотных слоях атмосферы, они почти мгновенно разогреваются до температур в десятки тысяч градусов и сгорают. При этом метеоры пере­ дают свое тепло атомам газов воздуха, которые начинают испускать яркий свет. Проходит мено-

24

нни, 'процессы в которой протекают чрезвычайно своеобразно и которую столь просто объяснить не удается. Это — шаровая молния. Собственно гово­ ря, назвать ее молнией трудно: в отличие от элек­ трической искры, имеющей характерную зигзагооб­ разную форму и живущей ничтожные доли секун­ ды, шаровая молния имеет округлую форму (отку­ да и произошло ее название) и существует более длительное время, иногда до нескольких минут. Ее назвали молнией, видимо, потому, что она, как пра­ вило, возникает во время гроз.

Наблюдения показали, что шаровая молния по­ является, в частности, на концах заостренных ме­ таллических предметов, на которых во время грозы создается высокое напряжение, достаточное для начала лавинного разряда в воздухе. Затем шар со­ влекается потоками воздуха с предмета, на котором он появился, и начинает летать по воздуху. Шаро­ вая молния ярко светится, хотя гораздо слабее мол­ нии обычной, причем свечение ее имеет такой же цвет, как и обычная молния. Но, несмотря на до­ вольно «мирный» вид, шаровая молния опасна: про­ существовав в воздухе несколько минут, она иногда кончает свою жизнь взрывом, который может убить человека либо разрушить или поджечь здание.

Еще не создана теория, которая смогла бы удов­ летворительно объяснить все загадочные особенно­ сти шаровой молнии. Можно предполагать, что это — плазменный шар, заполненный раскаленным воздухом. Если это так, то понятно, почему молния принимает вид шара: газ, нагретый до огромной температуры, соприкасаясь с окружающим холод­ ным воздухом, стремится принять такую же форму, как капли горячего масла, попавшие со сковородки на холодную плиту.

26

Но откуда же плазменный шар берет энергию, поддерживающую его существование? |Ведь не будь этой энергии, он очень быстро бы остыл и «раство­ рился» в воздухе. На этот счет делаются самые раз­ личные предположения. Одно из них, высказанное акад. (П. Л. Капицей, заключается в следующем.

Во время грозы, если поблизости ударяет мол­ ния, во включенном радиоприемнике слышен силь­ ный треск. Иными словами, приемник улавливает какие-то радиоволны, достаточно сильные, причем именно в момент удара молнии. В этом нет ничего удивительного: молнии, как и любые искры, яв­ ляются источниками радиоволн, которые испускают­ ся в канале молнии плазмой, колеблющейся с высо­ кой частотой. Энергией мощных «молнийных» ра­ диоволн, по-видимому, и питается плазма в шаро­ вой молнии.

Стоит только почему-либо прекратиться этому питанию или в силу каких-то других причин (ка­ ких — этого еще сегодня не знают) — и шаровая молния оканчивает свою жизнь. Но она не всегда остывает мирно: иногда :по еще не ясным причи­ нам, вероятно, лапается тонкая защитная «пленка», отделяющая раскаленные газы в молнии от окру­ жающего воздуха, и энергия, запасенная в плазме, с огромной скоростью выделяется в воздух — проис­ ходит взрыв большой силы.

Такое объяснение механизма питания шаровой молнии, хотя и не подтвержденное еще до конца, навело на мысль нагревать плазму не кратковре­ менной искрой, а электромагнитными колебаниями высокой частоты. Расчеты показали, что таким спо­ собом плазму можно разогреть до очень высокой температуры. Нам еще представится случай пого­ ворить об этом позже.

27.

ПЛАЗМА ОКРУЖАЕТ ЗЕМЛЮ

Поздно вечером вы включили радиоприемник

инастроились на далекую станцию. Слышимость прекрасная, но проходит несколько минут, и стан­ ция «исчезает». Вы пытаетесь поймать «ушедшую» волну, но это вам не удается, хотя никаких помех, погода на всей трассе радиосвязи прекрасная. В чем же дело? Оказывается, причина не в станции

ине в вашем приемнике — это бушует плазма. Ка­ кое отношение имеет к этому плазма? Самое непо­ средственное. Зададим вопрос: а почему вообще возможна радиосвязь на далекие расстояния, со­

ставляющие многие тысячи километров? Казалось бы, ответ должен быть прост: радиостанция посы­ лает волны во все стороны, в том числе и к вашему радиоприемнику, он и принимает эти волны.

Однако в этом ответе не учтено одно существен­ ное обстоятельство, а именно: радиоволны распро­ страняются по прямым линиям. Земля же, как из­ вестно, имеет круглую ферму. Поднимитесь на вы­ сокое дерево среди поля; самые далекие точки, ко­ торые вы увидите, образуют линию горизонта. Человек, находящийся за горизонтом, не увидит дерева, на котором вы находитесь, даже если он использует самые совершенные приборы. Точно так же радиоприемник, находящийся за горизонтом, не может услышать радиостанцию.

Стремясь отодвинуть линию горизонта, инже­ неры строят все более высокие антенные башни на радиостанциях, во даже для очень высоких антенн «радиус видимости» составляет лишь немногим больше сотни километров. «Радиус слышимости» по прямой немного больше благодаря тому, что радио­ волны слегка огибают земную поверхность и пол-

28

ной «радиотени» за линией горизонта сразу не по­ лучается.

Но как же в таком случае удается принимать радиостанции, [расположенные за тысячи километ­ ров от приемника? Ответ, вероятно, известен чита­ телю: дело в том, что природа поместила над Зем­ лей своеобразное «зеркало» шарообразной формы, называемое - ионосферой. Первое интересное свой-

Ионосферные слои над Землей отражают, подобно зеркалам, радиоволны и почти бес­ препятственно пропускают телевизионные волны.

ство этого «зеркала» состоит в том, что оно отра­ жает обратно на Землю падающие на него радио­ волны, но, правда, нес любой длиной .волн. Так, очень короткие радиоволны, используемые в телевидении, ионосфера почти беспрепятственно пропускает. По­ этому телевизионная связь возможна только с по­ мощью «приземного» луча, иными словами, в пре­ делах прямой видимости антенны передающей теле­ визионной станции. Кстати, изредка и на короткое время, в результате нарушения «нормальной» де­ ятельности ионосферы она начинает отражать и телевизионные радиоволны. Тогда удается прини­ мать очень далекие телевизионные станции.

29