Решена ли е мистерията с топка мълния?

Серия от изображения, показващи създаването на феномен, подобен на топка, в лаборатория. Изображение чрез David M. Friday et. al / BBC.

Кълбовидната мълния е едно от най-известните природни явления, които малцина са виждали. До последните години повечето учени остават скептично настроени към кълбовидната мълния; изглеждаше повече мит, отколкото реалност. В наши дни уличният кредит на кълбовидна мълния сред учените е по-силен, но все още е така, че повечето от изображенията, които виждате онлайн, се смятат за кълбовидна мълния, са просто преекспонирани изображения на обикновени светкавици. Всъщност никой експерт, когото поискахме, не може да ни насочи към действително изображение на кълбовидна мълния в природата. Какво е кълбовидна мълния? От времето на ранните гърци има съобщения за малки топчета от ярка плазмена светлина, движещи се над земята и след това изчезващи. Обяснението все още се избягва от учените в по-голямата си част, въпреки че сега се предлагат различни обяснения. И сега има потенциален нов отговор, основан на предишни изследвания, на тази смущаваща мистерия.

Изследването е публикувано в нов рецензиран документ в броя за юли 2019 г. на списанието Optik от Владимир Торчигин от Руската академия на науките.

Както подсказва името, кълбовидната мълния често се е разглеждала като форма на мълния. Това всъщност може да не е така; може да не е истинска светкавица. Предложената по-рано хипотеза на Торчигин беше предположила, че тези странни кълба са просто светлина, хваната в сферата на тънкия въздух. Новата книга сега разширява тази идея и предлага физически параметри за това как могат да съществуват тези неща.

По-рано Торчигин предполагаше, че светлинните топки се състоят от фотони - елементарни частици, които са основни единици светлина - рикоширане вътре във въздушен мехур със собствено производство. Хипотезата му се основава на предпоставката, че тъй като всяка частица поглъща и излъчва електромагнитно излъчване, има отстъпление, посочено като силата на Авраам-Лоренц. Разляването на светлината от удар на мълния кара частиците въздух да се плъзгат, тъй като те абсорбират и предават електромагнитно излъчване.

Обикновено тези сили са много малки, но могат да се усилват при правилните условия: генерирането на тънък слой въздух, който пречупва обратно светлината върху себе си. От резюмето на статията:

Показваме, че мистериозното и интригуващо поведение на кълбовидната мълния, наблюдавано от много очевидци, се обяснява с предположението, че кълбовидната мълния се състои само от светлина и сгъстен въздух. За разлика от сапунен мехур, сферичната обвивка на кълбовидна мълния се състои от силно сгъстен въздух, в който обикновена бяла светлина се върти във всички възможни посоки. Светлината компресира въздуха благодарение на оптичното електрострикционно налягане. От своя страна обвивката на сгъстен въздух е двуизмерен светлинен водач, който предотвратява разпространението на светлина в свободно пространство. По този начин кълбовидната мълния е самостоятелна светлина в нелинейна оптична среда под формата на конвенционалната въздушна атмосфера.

Тънкият слой въздух би наподобявал филма на сапунен мехур. Този "балон" може да фокусира светлината като леща. Когато светлината се засили достатъчно, въздушните частици ще се изтласкат във външна граница - филма на балончето, където фотоните могат да се концентрират за секунди наведнъж.

Гравиране от 1901 г., изобразяващо наблюдение на кълбовидна мълния. Изображение via Wikimedia.

Някои от тези „ембрионални“ мехурчета ще избледнеят отново бързо поради липса на светлина или повърхност на балон, която не е напълно затворена. Тези, които продължиха по-дълго, ще бъдат това, което наричаме кълбовидна мълния.

И така, как Торчигин стигна до тези заключения?

Хипотезата е комбинация от предишни предположения с физически модели, които притискат плътността на светлината и налягането на въздуха, необходими за производството на такива светлинно-фокусиращи мехурчета. Пълният отговор ли е? Все още не. Има някои подробности, които тя все още не обяснява, като например случай в Китай преди няколко години, при който е съобщено за топка мълния след удар от мълния. Събитието е заснето на спектрограф, така че учените успяха да получат разпад на неговия електромагнитен спектър. Може също да не обясни понякога съобщаваните серни миризми. Но това може да доведе до експерименти, които биха потвърдили или развенчали това последно предложение за това как работи кълбовидната мълния.

Топ мълния се отчита от векове. Кълбите обикновено са с размерите на грейпфрут, движещи се бавно над земята. Те са били наблюдавани по време на електрически бури, оттам и ранните теории, че те са просто различна форма на мълния. Обикновено те изчезват след 10 секунди, тихо, но понякога може да се чуе удар. Дори са наблюдавани да преминават през затворени прозорци!

Концепция на художник за кълбовидна мълниеносна кълбо.

В друга теория инженерът от Университета в Кентърбъри Джон Абрахамсън предположи, че кълбовидната мълния може да бъде резултат от изпаряване на наземния материал, избутан от ударна вълна на въздуха. Изпареният силициев диоксид се кондензира в наночастици - микроскопични частици с поне едно измерение по-малко от 100 нанометра - и се свързва заедно с електрически заряди. Той свети горещо поради химическа реакция между силиция и кислорода във въздуха.

Три основни характеристики на кълбовидната светкавица са описани през 70-те години от Стенли Сингър: продължителността, плаващото движение и внезапното изчезване. Всички трябва да бъдат отчетени от всички предложени теории.

Едно от най-ранните документирани съобщения за кълбовидна мълния е от бурна неделя през 1638 г. Енорийска църква в Девъншир, Англия, избухна в пламъци в резултат и някои от хората вътре бяха убити. Оттогава има хиляди наблюдения. Кълбовидна мълния или поне нещо подобно дори е създадено в лабораторията. В проучване от 2007 г., публикувано в списанието Physical Review Letters, изследователи от Федералния университет в Пернамбуко в Бразилия използваха електричество, за да изпарят малки пластини от силиций. Това създаде сини или оранжево-бели сфери с размерите на топки за пинг-понг, които се въртеше наоколо за цели осем секунди.

Долен ред: Кълбовидната мълния отдавна е загадъчно явление, обяснението на което избягва учените в продължение на стотици години. Но благодарение на непрекъснатите изследвания на учени като Торчигин, изглежда, че отговорът на този пъзел най-накрая може да е близо до вас.

Източник: Физика на кълбовидна мълния под формата на мехур светлина

Чрез Science Alert