Pioruny kuliste od lat dzielą badaczy, a sceptycy uznawali je nawet za halucynację lub iluzję optyczną wywołaną błyskiem. Historyczne przekazy konsekwentnie opisują jednak świetliste kule lewitujące nad ziemią i znikające z trzaskiem pękającej bańki. Temat ten analizował już Nikola Tesla, próbując wygenerować takie obiekty w swojej pracowni w Colorado Springs.
WIDEO…
Brak możliwości przewidzenia czasu i miejsca wyładowań ogranicza prowadzenie powtarzalnych badań w terenie. Zebrane relacje świadków różnią się od siebie w kwestii barwy, wielkości oraz zachowania tych struktur. Nastąpił jednak przełom – fizycy z Chińskiej Akademii Nauk pod kierownictwem Chulianga Zhou wygenerowali piorun kulisty w kontrolowanych warunkach, a wyniki opublikowali w czasopiśmie „Nature Photonics”.
Igła z wolframu i impuls laserowy
Do eksperymentu wykorzystano igłę z wolframu, której czubek mierzył zaledwie 100 nanometrów. To bardzo mało – przekrój ludzkiego włosa waha się w granicach od 80 do 100… tysięcy nanometrów. Badacze skierowali na ten punkt ultrakrótki impuls laserowy, wywołując silną falę elektromagnetyczną.
Skumulowana energia dotarła na koniec igły, tworząc pole elektryczne o skrajnym natężeniu. Odarło ono z elektronów otaczającą igłę chmurę atomów argonu, czyli gazu szlachetnego. Skutkowało to uformowaniem przegrzanej bańki zjonizowanego gazu, która przybrała formę kuli światła.
Fizyka solitonów przyniosła rozwiązanie
Badacze zakładali wcześniej, że piorun kulisty stanowi wariant elektromagnetycznego solitonu. Soliton to wyizolowana fala, która zachowuje swój kształt dzięki zrównoważeniu działających sił wewnątrz plazmy lub światła. Chińskiemu zespołowi udało się zatrzymać uwięzioną energię w plazmowej powłoce, więc potwierdzili tę hipotezę.
Powstała w ten sposób świetlista kula mierzyła początkowo 80 mikrometrów średnicy. W ciągu 100 nanosekund obiekt systematycznie powiększył się do wielkości kilkuset mikrometrów. Okres ten wymiernie przekroczył długość trwania pierwotnego impulsu elektromagnetycznego.
Z laboratorium na niebo. Jak powstają kilkumetrowe pioruny kuliste?
Zwykła plazma natychmiast ulega rozproszeniu i stygnie w kontakcie z otoczeniem. Wygenerowana przez naukowców kula zachowała jednak swój wyraźny kształt przez cały czas trwania eksperymentu. To potwierdza, że energia została skutecznie zamknięta wewnątrz świetlistej bańki.
W laboratorium użyto specjalnego lasera, ale w naturze tę rolę mogą pełnić zupełnie inne zjawiska. Naukowcy sprawdzili to za pomocą modeli komputerowych, podmieniając laser na promieniowanie o niższej częstotliwości. Obliczenia wykazały, że naturalne mikrofale mogą napompować taką bańkę do rozmiarów kilku metrów.
Czy spotkanie z piorunem kulistym grozi śmiercią? To nie powód do strachu
Szansa na uderzenie pioruna kulistego w dzisiejszych czasach pozostaje bliska zeru. Historyczne zapiski o takich wypadkach dowodzą jednak, że obiekt ten niesie ze sobą ładunek energetyczny. Nie jest to wyłącznie zjawisko optyczne, co potwierdzają dawne raporty z medycznych oględzin.
W 1753 roku fizyk Georg Richmann zginął w laboratorium, badając ładunki atmosferyczne. Naukowiec celowo sprowadził prąd z burzowego nieba po miedzianym drucie do nieuziemionego urządzenia w swoim pokoju. Z metalowego pręta oderwała się kula plazmy, a ślady na ciele ofiary precyzyjnie udowodniły fizyczny przepływ prądu. Współczesne budynki posiadają instalacje odgromowe, co eliminuje ryzyko powtórzenia błędu Richmanna.
Co dalej z piorunami kulistymi?
Opanowanie techniki zatrzymywania energii w świetlistej bańce wykracza dzisiaj poza technologię bezpieczeństwa i wiedzę meteorologiczną. Odkrycie to może jednak pomóc w budowie wydajnych magazynów prądu oraz w badaniu zachowania światła. Wciąż dowiadujemy się czegoś nowego. No i wiemy, że piorun kulisty istnieje.
Źródło: Nature Photonics
