Кълбовидната мълния има ново изненадващо обяснение (видео)

От всички загадки на природата, кълбовидната мълния е една от най-объркващите. Въпреки десетилетията голям интерес, учените все още не са установили как точно се появява този феномен.

Една от по-странните хипотези твърди, че тези светещи топки не са нищо повече от светлина, уловена в сфера от разреден въздух. Ново изследване добавя още подробности към предположението, като определя физически параметри за това, какъв би бил подобен балон от светлина.

Векове се разпространяват разкази за движещи се бавно над земята светещи топки с размер от няколко милиметра до няколко метра, често появяващи се по време на буря, но за разлика от обикновените мълнии кълбовидните може да се задържат много по-дълго – от няколко секунди до 2-3 часа. В редки случаи се срещат и при хубаво време.

Понякога има допълнителни ефекти. Някои разказват, че могат да преминават през стъклото на затворен прозорец. Други излизат с гръм и трясък и дори оставят миризма на сяра, след като изчезнат.

Преди повече от десетилетие Владимир Торчигин от Руската академия на науките стига до заключението, че атмосферното явление, което наричаме кълбовидна мълния, изобщо няма връзка със светкавиците, а представлява по-скоро фотони, рикоширащи във въздушния мехур, произведен от самите тях.  

^{Картина на кълбовидна мълния от 19 век. Кредит: Wikimedia Commons}

Разделянето на митовете от фактите обаче не е лесно, а в миналото към реалността на това явление са се отнасяли с известна доза скептицизъм. Днес изследователите са предпазливи в оценките си и приемат, че вероятно има нещо в многобройните наблюдения.

През 70-те години изследователят на кълбовидната мълния Стенли Сингър (Stanley Singer) предполага, че има три съществени характеристики за успешен модел, обясняващ явлението - продължителността на кълбовидната мълния, нейното плаващо движение и внезапното ѝ изчезване.

На 23 юли 2012 на тибетското плато кълбовидна мълния попада в полезрението на два спектрометъра, с които китайски учени изследват спектрите на обикновени мълнии. В резултат е регистрирано 1.64-секундно сияние на кълбовидна мълния и подробна разбивка на електромагнитния ѝ спектър. За разлика от спектрите на обикновените мълнии, които съдържат предимно линии на йонизиран азот, спектърът на кълбовидната мълния е изпълнен с линии на желязо, силиций и калций, които са основни съставки на почвата.

^{Емисионен спектър на кълбовидна мълния и върхове на емисиите на силиций, желязо, калций, азот и кислород. Вертикалната ос е интензитета (%), хоризонталната ос -  дължината на вълната (nm). Данните са от Cen, Jianyong; Yuan, Ping; Xue, Simin (17 January 2014). "Observation of the Optical and Spectral Characteristics of Ball Lightning". Physical Review Letters (American Physical Society) 112 (035001).}

Изследването подкрепя обяснението на инженера от Университета на Кентърбъри Джон Абрахамсон (John Abrahamson), който предполага, че светещият въздух може да е резултат от изпаренията на материал от почвата, изтласкан от ударната вълна на въздуха.

^{Кадри, улавили създаването на кълбовидна мълния. Кредит: USAF}

Други хипотези предполагат, че облаци от отблъскващи се заредени йони се събират върху изолатор например прозоречно стъкло, заради което е дългият живот, както и дрейфуващите и „подскачащи“ движения на кълбовидната мълния.

Идеята на Торчигин няма нищо общо с заредените йони, а е свързана с интензивния поток от фотони, който излиза от ярките светкавици в нашата атмосфера.

^{В продължение на минута и 12 секунди Роман Трегубов е снимал кълбовидна мълния. Записът е направен на 7 август и публикуван в фейсбук страницата Cyclone Of Rhodes.} 

Според Торчигин кълбовидната мълния е некохерентен оптичен пространствен солитон с ненулева кривина. Казано по-просто кълбовидната мълния представлява тънък слой от силно сгъстен въздух, в който обикновена интензивна бяла светлина циркулира във всички възможни посоки. Тази светлина заради създаденото от нея електростриктивно* налягане, създава компресия на въздуха. На свой ред, сгъстеният въздух действа като светлинен водач, който предотвратява излъчването на светлина в свободното пространство. Може да се каже, че кълбовидната мълния е самоограничаваща се интензивна светлина или светлинен балон, възникваща от обикновената линейна светкавица.

^{*Електростриктивният ефект представлява промяна в размера на диелектрика (изолатора) при промяна в напрежението на електрическото поле. Електрострикционният ефект в известен смисъл е обратен на пиезоелектричния ефект. Промяната в размера на диелектрика, дължаща се на електрострикция, обикновено е малка.}

При електромагнитното излъчване се появява реакция, наречена на Авраам-Лоренц или радиационно триене. На теория, светлината, която се излъчва от мълнията, разклаща въздушните частици, докато те абсорбират и предават електромагнитното излъчване.

Тази сила обикновено не е толкова впечатляваща, както признава Торчигин: „тези сили са изключително малки за конвенционалните интензивности на светлината и тяхното действие правилно е пренебрегвано“.

_{Кълбовидна мълния, Кредит: theparadigmshifter/Flickr}

Но мълнията има изключителна интензивност. Нещо повече, тези оптични сили потенциално биха могли да бъдат значително увеличени при подходящите условия.

Тези „подходящи условия“, според Торчигин, включват генерирането на тънък слой въздух, който пречупва светлината обратно към себе си.

Един тънък слой въздух, който не се отличава от филма на балон, може ефективно да фокусира светлината като обектив, усилвайки достатъчно светлината, за да изтласка въздушните частици на границата и да произведе дълготраен балон, концентрирайки фотоните за секунди.

_{Study on the luminous characteristics of a natural ball lightning, Applied Physics Letters, Hao Wang et al.}

Не всички „зародиши“ на кълбовидна мълния успяват да станат истински кълбовидни мълнии, избледнявайки моментално при липса на светлина или недостатъчно затворена обвивка. Но онези, които успяват изглеждат зрелищно,  прекосявайки почти всяка прозрачна среда.

Идеята е изритана от Владимир и неговия колега от Руската академия на науките Александър Торчигин в десетки статии през годините.

Владимир Торчигин съчетава множество предположения с физически модели, за да се определи плътността на светлината и налягането на въздуха, необходими за получаване на подходящ индекс на пречупване.

Тази хипотеза обаче не би могла да обясни някои от по-странните характеристики на кълбовидната мълния, като спектроскопичните наблюдения в Китай или миризмата на сяра.

Но тя дава някои параметри, които биха могли да доведат до необходимите експерименти, които или да изключат хипотезата, или да ѝ дадат експериментална подкрепа.

Напълно е възможно идеята на Торчигин да се окаже „въздух под налягане”, разбира се. Но докато не постигнем консенсус за това какво представляват тези призрачни, светещи сфери, тя ще остане една от най-интересните претенденти обяснение на кълбовидната мълния.

Изследването е публикувано в Optik.

Източник: The Bizarre Phenomenon of 'Ball Lightning' Has a Startling New Explanation, ScienceAlert

Още по темата

24/04/2019

Земята

Древни скулптори правят магнитни статуи от камъни, поразени от мълния

24/11/2017

Земята

Мълниите могат да предизвикват появата на антиматерия и ядрени реакции

12/08/2016

Земята

Заснета е кълбовидна мълния в Русия (видео)

21/08/2015

Земята

Колко вида мълнии има - от вулканична до космическа