Іноді, за наявності певних умов, невеликий і відносно шароподібний шматочок атмосфери, яка нас оточує, на короткий час загоряється. Оскільки це явище найкраще видно вночі і не має очевидного природного пояснення, немає нічого дивного в тому, що навколо нього виникло безліч міфів.
Ці кулі вогню називають блукаючими вогнями, вогнями святого Ельма, примарними вогнями або шаровими блискавками. Раніше вважалося, що вони зависають нам могилами, танцюють уздовж берегів річок, сигналізують про наближення землетрусу і проникають в салони літаків.
Навіть сьогодні у нас немає чіткого пояснення того, як вони виникають і що вони роблять. Але це зовсім не означає, що вчені залишили спроби з'ясувати це. У червні китайський вчений Хуей-Чунь У (Hui-Chun Wu) запропонував нове переконливе пояснення цього феномену, опублікувавши статтю в журналі Scientific Reports.
Деякі вогняні кулі є продуктом життєдіяльності живих організмів. Наприклад, розкладання живої матерії в болотистій місцевості (або навіть на місцях масових поховань у польських лісах) призводить до вивільнення метану і фосфовмісних газів, таких як фосфороводень, які можуть раптово загорітися при контакті з киснем, в результаті чого виникає мерехтлива світлова пляма, зависла в повітрі.
Інші вогняні кулі мають електричну природу, спалахуючи всередині землі під час землетрусів, коли в результаті зіткнення кам'яних брил вивільняється потік електронів, що піднімаються на поверхню, де вони вступають у взаємодію з повітрям, породжуючи спалахи світла. Але деякі вогняні кулі формуються в атмосфері, зазвичай під час сильних гроз, і їх називають шаровими блискавками.
Шарові блискавки можуть бути будь-яких кольорів веселки і різних розмірів - від звичайної іграшкової скляної кульки до великих фітболів, на яких люди іноді сидять. Вони можуть утворюватися всередині закритих просторів, спускатися по камінних трубах і навіть проникати через закриті вікна. Крім того, що вони виробляють світло, шарові блискавки можуть генерувати розряди і часто видають шипіння або жужжання, а також сильний неприємний запах.
Зазвичай шарова блискавка існує протягом всього декількох секунд і горить з інтенсивністю яскравої побутової лампочки. Непередбачуваний і мінливий характер шарових блискавок заважає сформулювати переконливу теорію, що пояснює її природу, проте повідомлення про її дивацтва надходили протягом багатьох століть і продовжують надходити сьогодні.
Наприклад, навесні 1963 року нині покійний астроном Роджер Дженнісон (Roger Jennison) летів нічним рейсом через грозові хмари і помітив появу палаючої кулі розміром з баскетбольний м'яч незабаром після того, як блискавка влучила в літак. За його словами, ця куля «з'явилася з боку кабіни пілота і пролетіла по проходу між кріслами, зберігаючи постійну висоту і курс на всьому шляху, поки її було видно».
Іншого разу мешканка Сполученого Королівства розповіла про те, що вона була вдома, "коли величезна помаранчева куля, схожа на грейпфрут, але більш помаранчевий і пухкий по краях, влетів через вікно, яке було закрито і на якому штори теж були задернуті. Він летів горизонтально приблизно на висоті прапорів протягом близько 10 секунд, після чого прямо над моєю головою пролунав удар грому, такий сильний, що я впала з крісла ".
Проникнення шарових блискавок в житлові будинки і їх здатність утворюватися всередині літаків виявилося вкрай складно пояснити. Пояснення того, як вони утворюються, навіть більш різноманітні, ніж їхні фізичні характеристики. Наприклад, згідно з різними теоріями, шарова блискавка може представляти собою хмару розпечених кремнієвих частинок, природну ядерну реакцію, епілептичну галюцинацію, що виникає через вплив блискавки, мініатюрну чорну діру, з'єднання целюлози та інших природних полімерів і наповнену мікрохвилинами бульбашку плазми.
Гіпотеза мікрохвильових бульбашок лягла в основу роботи У, вченого з Чжецзянського університету в Ханчжоу, Китай. Раніше вчені припускали, що такі бульбашки можуть утворюватися під впливом мікрохвильового випромінювання грозових хмар або атмосферних мазерів, однак У висунув гіпотезу про те, що ці мікрохвилі виходять від пучка електронів, які розганяються майже до швидкості світла, коли блискавка вдаряє в землю.
Ці електрони розганяються до таких швидкостей під впливом електричного поля, що виникає, коли потік електронів покроково рухається від основи хмари до землі безпосередньо перед яскравим спалахом блискавки. «На кінчику спалаху блискавки, яка досягла землі, - пише У, - може утворюватися пучок електронів, що рухаються з навколосвітньою швидкістю, який у свою чергу породжує інтенсивне мікрохвильове випромінювання».
Незалежно від джерела, атмосферні мікрохвилі породжують плазму, заряджаючи навколишнє повітря. Це випромінювання справляє досить сильний тиск, щоб сформувати з розсіяної плазми міхур, який ми називаємо шаровою блискавкою.
Мікрохвилі, які виявляються всередині цієї бульбашки, продовжують породжувати плазму і, таким чином, зберігати міхур протягом його короткого життя. Зрештою шарова блискавка загасає, бо випромінювання всередині бульбашки розсіюється. Іноді ця бульбашка проривається, мікрохвилі вивільняються назовні, що призводить до вибуху.
Присутність мікрохвиль і плазми, як компонентів шарової блискавки, може пояснити деякі з її властивостей. Наприклад, мікрохвилі можуть проникати через віконне скло, тому зачинені вікна не заважають появі шарових блискавок у приміщенні. Мікрохвилі також можуть виробляти помітний звук у момент їх контакту з внутрішнім вухом людини, а плазма, яку вони породжують, в свою чергу може виробляти з атмосферного кисню озон, що володіє різким запахом.
Від інших теорій теорію про мікрохвильове походження шарових блискавок відрізняє те, що вона пояснює, як вони з'являються всередині літаків. Електрони, які є крихітними родичами атомів, здатні проходити через металеву обшивку корпусу літака після того, як вони досягли навколосвітніх швидкостей за його межами, завдяки спалаху блискавки.
Потім електрони, що опинилися всередині літака, випромінюють мікрохвилі, які і утворюють шарову блискавку. Послідовність електрони-мікрохвилі-плазма також пояснює розмір шарових блискавок, оскільки довжина пучка електронів, що розігналися під впливом удару блискавки, відповідає типовому діаметру виникає в результаті мікрохвильової бульбашки - приблизно 20-50 сантиметрів.
Як це завжди буває з новими науковими гіпотезами, тепер потрібно виконати масу роботи, щоб підтвердити припущення У. Потрібно провести безліч експериментів, щоб перевірити механізм електрон-мікрохвилі-плазма, в результаті якого утворюється шарова блискавка. Тут необхідно буде розробити методику генерування шарових блискавок за запитом, а потім вивчити характеристики електронів і мікрохвиль.
На думку У, якщо його гіпотеза підтвердиться, його теорія поставить кілька важливих питань, що стосуються загроз, породжуваних швидкими електронами і мікрохвильовим випромінюванням, що виникають поруч з людьми, які потрапили в грозу.