Piotr Stanisławski
Rozwiązano tajemnice pioruna kulistego?
Piorun kulisty to jedno z najbardziej tajemniczych zjawisk w przyrodzie. Istnieją tysiące mniej i bardziej wiarygodnych relacji opowiadających o pojawianiu się w czasie burzy świecących kul, które poruszały się samodzielnie. To oczywiście tylko podstawowy schemat – kule widywano przed i po burzy, niektóre miały średnicę kilku centymetrów, inne – kilku metrów. Potrafiły przemieszczać się pod wiatr lub podskakiwać. Wyłaniały się z ziemi, wylatywały z kontaktu lub pojawiały się w lecącym samolocie. I wreszcie znikały bez śladu po cichu lub eksplodowały paląc wszystko dookoła.
Nic dziwnego, że przy tak rozbieżnych relacjach naukowcom trudno było ustalić coś konkretnego na temat pochodzenia piorunów kulistych. Ba, często nawet poddawano w wątpliwość ich istnienie tłumacząc opisy złudzeniem optycznym czy nawet histerią. Podejmowano też liczne próby odtworzenia pioruna kulistego w laboratorium. Było parę udanych eksperymentów, ale żaden z nich nie wyjaśniał całości zjawiska.
W 2012 roku grupa chińskich badaczy z Northwest Normal University, Jianyong Cen, Ping Yuan i Simin Xue obserwowali burzę. Błyskawice rejestrowali za pomocą ultraszybkiej kamery oraz spektrogafu – urządzenia, które m.in. na podstawie barwy światła może określić skład chemiczny świecącego obiektu. W pewnym momencie w odległości niecałego kilometra uderzył piorun i naukowcy dostrzegli kulę, która wyłoniła się z ziemi, uniosła na wysokość około pięciu metrów i zaczęła lecieć. Moment później podniosła się na 15 metrów poleciała dalej i zniknęła. Całe zdarzenie trwało zaledwie 1,6 sekundy.
Wyjątkowe szczęście sprawiło, że zjawisko zarejestrowało się na filmie i w postaci widma spektroskopowego. W połączeniu z obserwacją trzech osób dało to zupełnie unikalny materiał do badań. Średnice światła zarejestrowanego na filmie oceniono na 5 metrów, choć z tej odległości trudno ocenić, jaki rozmiar miał sam świecący obiekt.
Na tym filmie widać zapis lotu pioruna. Sam piorun to to niewielkie światło po lewej – był naprawdę daleko. Po prawej widać widmo ze spektroskopu. Cały materiał został zwolniony, by można było przyjrzeć się zmianom światła.
Zapis ze spektroskopu pozwolił stwierdzić, jaki był skład niezwykłego światła. Wyraźnie były w nim linie odpowiadające krzemowi, żelazu i wapniowi – pierwiastkom, które są jednymi z podstawowych składników gleby. Potwierdza to znaną wcześniej teorię, która wyjaśnia powstawanie piorunów kulistych zjawiskiem parowania krzemu. Temperatura kilku tysięcy stopni wywołana uderzeniem pioruna może odparowywać krzem, który unosi się w powietrzu i stopniowo utlenia świecąc. To utlenianie, zależnie od warunków, może przebiegać spokojnie i powoli lub bardzo szybko i wybuchowo.
Dodatkowo zaobserwowano też, że kula zmieniała jasność z częstotliwością 100 Hz. Nie wiadomo, co mogło wywołać taki efekt, jednak badacze sugerują, że może mieć to związek z przebiegającą w pobliżu linią elektryczną, w której prąd miał częstotliwość 50 Hz.
Na ilustracji z oryginalnej pracy widać widmo całego pioruna, który po uderzeniu wywołał na ziemi niezwykłe zjawisko. Piorun kulisty widać na dole po lewej, a odpowiadające mu spektrum to dolna część tęczowego paska.
Zapis widma pioruna i pioruna kulistego. Fot. J. Cen, P. Yuan, and S. Xue, Phys. Rev. Lett. (2014)
Wygląda więc na to, że dzięki zupełnemu przypadkowi piorun kulisty dał się wreszcie przyłapać i zdradził przynajmniej część swoich tajemnic. Część, bo wciąż niewyjaśnione pozostają relacje o pojawianiu się zjawiska wewnątrz domów czy tym, że pioruny kuliste nie zawsze są gorące.
Zobacz też niesamowite zdjęcie piorunów tworzących się nad wulkanem oraz
70 piorunów utrwalonych na jednym zdjęciu