Šv. Elmo ugnis yra nuolatinis mėlynas švytėjimas, kuris audrų metu kartais pasirodo šalia smailių objektų. Pavadinimas yra kažkas netinkamo, nes elektrinis reiškinys turi daugiau bendro su žaibais ar šiaurės pašvaistėmis nei su liepsna.
Jūrų ir dangaus kapitonai geriausiai žino Šv. Elmo ugnį, nes eterinė šviesa jau seniai buvo matoma prigludusi prie laivų stiebų ir visai neseniai lėktuvų sparnų. Jūrininkai stebėjo spektaklį tūkstančius metų, tačiau tik praėjusiame pusantro amžiaus mokslininkai pakankamai išmoko materijos struktūros, kad suprastų, kodėl šis reiškinys vyksta. Mįslingą ugnį uždega ne dievai ar šventieji, bet viena iš penkių materijos būsenų: plazma.
Pranešimai apie mėlyną šviesą, mirksinčią iš laivų platformų, datuojami antika, kai graikai ir romėnai reginį aiškino kaip pusdievio dvynių Castor ir Pollux apsilankymus. Laikomi gelbėtojais iš tų, kuriems gresia pavojus, dvynukų pasirodymas būtų buvęs viltingas ženklas audrą išgyvenantiems jūreiviams.
Vėliau šis reiškinys įgijo savo šiuolaikinį pavadinimą iš Šv. Erasmo arba trumpai šv. Elmo, gyvenusio III amžiuje. Šv. Elmas išgarsėjo būdamas jūreivių globėjas ir sutrikęs žarnynas, po to, kai, kaip pranešama, jis buvo nužudytas nusirengiant. Buriuotojai sielvarto metu meldėsi jo ir toliau aiškino Šv. Elmo ugnies šokį ir švilpimą ant jų valčių galiukų kaip palankų ženklą.
Kas sukelia Šv. Elmo gaisrą?
Mokslinis Šv. Elmo ugnies supratimas tapo įmanomas tik po to, kai 1879 m. Britų chemikas ir fizikas Williamas Crookesas, dirbdamas vakuuminius vamzdelius, pagamino tai, ką jis pavadino „spinduliuojančiąja materija“. sudarytas iš daugiau nei neutralių atomų. Išsiaiškinti, kad atomai turi mažesnes, įkrautas daleles, pasirodė esminis dalykas norint suprasti, kodėl Crookes'o materija spindėjo, pradėdama visiškai naują plazmos fizikos lauką.
Plazma atsiranda, kai perteklinė energija suskaido atomus neutraliose dujose, kad susidarytų įkrautos dujos. Vienas iš būdų sukurti plazmą yra šiluma. Pvz., Kaitinant kietą ledą, molekuliniai kristalai suskaidomi į skystą vandenį, o verdantis skystas vanduo atpalaiduoja vandens molekules kaip dujinius garus. Toliau išmeskite energiją į garus (pvz., Kaitindami ją per 21 000 laipsnių pagal Fahrenheitą arba, pavyzdžiui, 12 000 laipsnių pagal Celsijų), o vandens molekulėse esantys atomai grublėja, prarasdami elektronus ir tapdami įkrautais jonais. Šis taškas rodo perėjimą iš dujų, neutralių dalelių debesies į plazmą, debesį, kuriame yra daug įkrautų dalelių.
Elektra gali suplėšyti dujų molekules ir padaryti plazmą lengviau nei šiluma, o tai yra Šv. Elmo ugnies raktas. Audros metu tam tikrose debesų vietose trintis kaupia papildomus elektronus ir sukuria galingus elektrinius laukus, pasiekiančius žemę. Pakankamai stiprus laukas teoriškai gali bet kur skaidyti orą į plazmą, tačiau praktiškai aštrūs taškai (pavyzdžiui, laivo stiebas) yra linkę sutelkti lauką, atitraukdami elektronus iš atomų, kad paliktų užkrautus jonus ypač dideliais kiekiais šalia aštrių. vietų.
Kai oras aplink stiebą iš dalies virsta plazma, Šv. Elmo ugnis užsidega per procesą, vadinamą koronos iškrova. Kai elektrinis laukas apkabina elektronus, jie įsitvirtina į neutralias daleles ir sujaukia tas neutralias daleles į energingesnę būseną.
Įsivaizduokite, „kai kurios patyčios, einančios per mokyklos kiemą, išmušė visus vaikus“, - sakė Kristina Lynch, plazmos fizikė iš Dartmuto koledžo Naujajame Hampšyre. "Jie visi susijaudina, o tada turi atsipalaiduoti." Norėdami atvėsti, sužadintos dalelės skleidžia šviesos fotoną su tam tikra energija ir spalva. Dėl azoto ir deguonies, kurie dominuoja Žemės atmosferoje, šviesos sprogimas degina atitinkamai mėlyną ir violetinę.
Šv. Elmo ugnis nėra žaibiška
Nors Šv. Elmo gaisras paprastai vyksta audringomis sąlygomis, tai skiriasi nuo žaibo. Žaibolaidžio spindesyje dėl tos pačios priežasties yra mėlynos ir violetinės spalvos, tačiau ji taip pat šviečia balta spalva - daugelio spalvų mišiniu, nes ji šildo orą aplink.
Spalvingos auroros šviesos spindi ir nuo atpalaiduojančių dalelių, nors elektronai, kurie sužadina šias daleles, galiausiai energiją gauna iš saulės vėjo, o ne įelektrintais debesimis. Daugelis taip pat supainioja Šv. Elmo ugnį su rutuliniu žaibu - dar vienu tūkstantmečių garsiu kaitinamuoju reiškiniu. Nors tos sklindančios šviesos sferos išlieka blogai suprantamos, apie abu įvykius pranešta kartu, kaip ir apie šią 1977 m. Alpinisto istoriją, paskelbtą „Journal of Scientific Exploration“:
"Tiesiog po manimi buvo apleistas pastatas. Kiekviename iš griuvėsių išsikišusio plieninio karkaso taške galėjau pamatyti šviesiai mėlynos liepsnos liežuvius. Liepsna buvo įvairaus dydžio. Kuo aukščiau buvo taškas, tuo didesnė buvo. liepsnos liežuvis ant jo. Vis dar žemiau, 4000–4,100 m aukštyje, mirgėjo žaibas. Juodų debesų fone vėjas skraidė oranžinius futbolo kamuoliukus. “
Ar šv. Elmo ugnis pavojinga?
Keliautojų ir jūreivių laimei, Šv. Elmo ugnis nedega ir nekelia jokio tiesioginio pavojaus, išskyrus patį audringą orą.
Projektuodami elektros įrangą, ypač elektros linijas, inžinieriai turi atsižvelgti į koronos iškrovą, nes nepageidaujami Šv. Elmo gaisrai gali sunaikinti vertingą elektrą. Siekiant sumažinti šį efektą, daugelyje tolimųjų elektros linijų aplink smailias vietas, pavyzdžiui, bokštų ir stulpų, yra į „koronos žiedus“ panašūs žiediniai žiedai. Šie žiedai neleidžia pakankamai susikaupti elektriniam laukui, kad susidarytų daug plazmos.
Kitais atvejais inžinieriai rado būdų, kaip išnaudoti koronos iškrovą savo naudai. Šis procesas susijęs su ozono, pramoninio dezinfekavimo priemonės, gamyba. Koronos iškrova taip pat vaidina vaidmenį kuriant apkrautus paviršius, kurių reikia kopijavimo aparato viduje.
Nors tyrėjai demistifikavo šį reiškinį ir pritaikė jį šiuolaikinėms technologijoms, nekenksmingas, bet žavus Šv. Elmo ugnies švytėjimas vis dar turi galią nustebinti pašalinius žmones, kaip kad tai buvo tūkstantmečiai.
