Anatomia świetlnego widma

Autor: Krzysztof Kęciek | 7 lutego, 2000

Pioruny kuliste przenikają przez ściany, siadają na kominach, pozostając dla naukowców tajemnicą

Pioruny kuliste, świetlne sfery poja­wiające się bardzo rzadko podczas bu­rzy, “siadające” na kominach i przecho­dzące przez szyby, od wieków fascyno­wały ludzkość. Fizycy nie potrafią jed­nak wyjaśnić istoty tego zjawiska: W lutym z nową hipotezą wystąpili na­ukowcy z Nowej Zelandii. Ich zda­niem, pioruny kuliste powstają w wyni­ku uderzenia “zwykłego” pioruna o ziemię, a składają się z mikroskopij­nych cząsteczek krzemu.

Zaledwie co setny mieszkaniec Zie­mi ma okazję zaobserwować ten feno­men natury. Do jednego z najbardziej spektakularnych przypadków pojawie­nia się pioruna kulistego doszło 25 marca 1963 r. na pokładzie amerykań­skiego samolotu Eastern Airlines, lecącego do Waszyngtonu. Nad Manhatta­nem panowała burzliwa pogoda, mimo to wielu pasażerów drzemało. “Nagle kabinę rozświetliło jaskrawe światło, maszyną wstrząsnęło wyładowanie elektryczne. Do metalowego kadłuba odrzutowca wtargnęły pioruny kuliste”, wspominał Brytyjczyk, Roger Jennison, profesor elektroniki, uczestnik te­go niesamowitego wydarzenia. Wtedy z kokpitu wydostała się ognista kula wielkości melona, która wolno, na wy­sokości pół metra, przemieszczała się między fotelami. Dotarła do toalet i tam eksplodowała. Incydent ten został opi­sany na łamach renomowanego czaso­pisma naukowego “Nature”.

Jeszcze bardziej zadziwiający feno­men zaobserwowano 27 lipca 1932 r. w Rydze. Wieczorem wielka kula ogni­sta wylądowała

na wieży katedry

w łotewskiej stolicy, aby w kilka se­kund później rozpaść się na gromadę małych kul. Kilkanaście z nich, o roz­miarach piłki do tenisa, wtargnęło do pobliskiej siedziby niemieckojęzycz­nej gazety “Rigaschen Rundschau”. Jedna z kul przemknęła nad głowami przerażonych sekretarek do pokojów redakcyjnych, docierając pod gabinet redaktora naczelnego. Ten jednak zo­stał oszczędzony – piorun kulisty eks­plodował, natrafiwszy na piec kaflowy. Inne kule zakłóciły posiedzenie rady nadzorczej dziennika i przedostały się do piwnicy, gdzie pracowali drukarze.

Musiano wstrzymać druk, gdyż sfery różnokolorowego światła wylądowały na maszynach.

Pioruny kuliste widzieli w ciągu dziesięcioleci poważni naukowcy, mię­dzy innymi ojciec współczesnej fizyki, laureat Nagrody Nobla, Niels Bohr. Wielu fizyków mimo to uważało, że zjawiska te są wymysłem osób obda­rzonych zbyt bujną fantazją lub najwyżej ulegają złudzeniom optycznym. In­ni stawiali fantastycznie brzmiące hipo­tezy – według jednej z nich, tajemnicze kule ogniste to porażone przez błyska­wice ptaki, które, płonąc powoli, opadają na ziemię. Niektórzy nie wahali się nawet twierdzić, że pioruny kuliste to nic innego jak sfery z antymaterii, za­gęszczone skupiska plazmy, uwięzione w “klatce magnetycznej” lub wynik za­chodzącej w atmosferze reakcji łańcu­chowej.

W 1997 r. japońscy fizycy, Yoshi-Hiko Ohtsuki i Hideho Ofuruton, zdołali doprowadzić w warunkach laboratoryj­nych do powstania czegoś w rodza­ju pioruna kulistego.

W tokijskiej pracowni obu naukowców śmigały lśniące, świetliste, kule, poruszały się pod wiatr i przechodziły przez przeszkody z płyt ceramicznych. Ja­pońscy uczeni posłużyli się magnetronem, swego rodzaju piecem mikrofalo­wym o ogromnej mocy. Do urządzenia tego przymocowali rurę metalową, w której tak długo podgrzewali powietrze, aż zaczęło świecić. Zadziałał tu efekt obserwowany w lampach neono­wych (świetlówkach). W rurze magnetronu pojawiło się upiorne zjawisko – utworzyły się kule świetlne wielkości wiśni lub śliwki, białe, pomarańczowe, niebieskie i czerwone. Kule te mknęły po laboratorium, dzieliły się, łączyły, a po kilku sekundach pękały.

W naturze pioruny kuliste z pewno­ścią nie powstają w tak skomplikowany sposób, jednak doświadczenie tokij­skich fizyków udowodniło, że to oso­bliwe zjawisko nie jest bynajmniej ilu­zją. Antonio Ranada, fizyk molekular­ny z Madrytu, wysunął nową hipotezę: pioruny kuliste są zwykłymi pioruna­mi, które zeszły ze swej najkrótszej drogi ku ziemi i zaczęły żyć osobli­wym, własnym życiem. Ich pola elektromagnetyczne – linie siłowe, które za­zwyczaj prowadzą prądy elektryczne z naładowanej chmury do ziemi, za­krzywiają się i plączą ze sobą. W na­stępstwie powstają “węzły elektroma­gnetyczne”,

niematerialne skupiska energii,

które są w stanie pokonywać nawet przeszkody materialne, takie jak okna, ściany i dachy. Te “kule siłowe” przy­ciągają pobliskie gazy i rozgrzewają je do temperatury przekraczającej 30 tys. stopni Celsjusza. Gorące gazy zaczyna­ją świecić. Linie siłowe są ze sobą splą­tane, początkowo więc ogniste kule po­zostają stabilne. Piorun kulisty w chłod­nym powietrzu traci jednak energię. Kiedy energia spadnie do pewnego po­ziomu, ognista kula z hukiem zapada się w sobie i znika, pozostawiając obserwa­torów w stanie najwyższego zdumienia.

Kolejną hipotezę na ten temat przed­stawili naukowcy z Nowej Zelandii, pracujący na uniwersytecie w Christchurch. Wyniki ich badań opublikował w najnowszym wydaniu magazyn “Na­turę”. “Wszystko zaczyna się, gdy zwykły piorun uderza w ziemię. Jego energia wprawia w ruch reakcję che­miczną, którą wykorzystuje także prze­mysł półprzewodników do produkcji krzemu”, mówi prof. John Abrahamson z Christchurch.

Dwutlenek krzemu, z którego składa się piasek, jest rozszczepiany na krzem i tlen. Ten ostatni łączy się z również obecnym w glebie węglem, tworząc dwutlenek węgla. Pozostaje bardzo go­rąca para, nasycona wolnym krzemem, która wystrzeliwuje z wyrwanego przez piorun otworu z ziemi jak z dyszy odrzutowca. W powietrzu krzem kondensuje się, tworząc puste w środku, maleńkie kulki o średnicy zaledwie jed­nej milionowej milimetra. Te nanocząsteczki łączą się w łańcuchy, a te two­rzą sieć w kształcie kuli.

Z cząsteczkami krzemu łączy się tlen atmosferyczny, wyzwalając przy tym energię w postaci światła. Powstały w wyniku tego procesu dwutlenek krze­mu tworzy wokół krzemowej kuli swoi­stą “skorupę”, spowalniając proces utle­niania. “Obliczyliśmy na podstawie da­nych z produkcji półprzewodników, że cały krzem zostaje utleniony w ciągu 10 sekund. Mniej więcej tyle czasu żyje piorun kulisty”, mówi prof. Abrahanson. Proces utleniania silnie rozgrzewa kule do temperatury od 1200 do 1700 stopni Celsjusza. Gdy zostanie przekroczona temperatura topnienia krzemu (1412 stopni), skorupa pęka, reszta krzemu błyskawicznie się utlenia i piorun kulisty wybucha. “70% piorunów kuli­stych kończy w tak gwałtowny sposób Pozostałe po prostu znikają, gdy cały krzem połączy się z tlenem”, wyjaśnia Abrahamson. A dlaczego pioruny kuli­ste przechodzą przez szyby i ściany? Mikroskopijne cząsteczki krzemu są w stanie przeniknąć przez maleńkie otwory, np. w szkle, i po drugiej stronie szyby ponownie formują się w kule.