Kamuolinis žaibas

Šis straipsnis apie atmosferos reiškinį. Apie kino filmą skaitykite šį straipsnį – Kamuolinis žaibas.

Kamuolinis žaibas – elektrinis atmosferos reiškinys, kurio fizikinė prigimtis vis dar yra ginčytina. Šis terminas aprašo švytinčius, dažnai sferinius objektus, kurių dydis varijuoja nuo mažiau nei centimetro iki kelių metrų skersmens. Taip pat jie dažnai siejami su perkūnijomis, nors skirtingai nuo įprastų žaibų, kurie trunka vos dalį sekundės, kamuoliniai žaibai pastebėti švytintys daug ilgiau. Kamuolinis žaibas dažnai yra painiojamas su Šv. Elmo ugnimi, kadangi ji panašiai atrodo, tačiau tai elektrinis reiškinys, kuris susidaro esant stipriam elektriniam laukui arti smailių laidininkų ar kitų objektų, kur elektros potencialas koncentruojasi mažame plote ir susidaro tylūs taškiniai švytintieji elektros išlydžiai.

Mačiusiųjų liudijimai 
Viename pirmųjų mokslinių tyrimų apie kamuolinius žaibus , jis buvo gan išsamiai aprašytas, pasitelkiant 215 kitų mokslininkų aprašymų. Kadangi dar iki šiol nepavyko pagaminti kamuolinio žaibo laboratorinėmis sąlygomis, tai visi tyrimai bei jo susiformavimo hipotezės yra grindžiamos liudininkų parodymais.

Kamuolinis žaibas būna vidutiniškai 11-23 cm skersmens, tačiau pagal liudijimus jo dydis varijuoja 2,5-90 cm diapazone. Anot V. Brando , jei jis „prilipęs“ prie laidininko, tai dažniausiai baltas, tamsiai mėlynas ir matomas aukščiausioje laidininko dalyje. Jei tai ore kybantis kamuolinis žaibas – raudonas ar oranžinis bei dažniausiai ne toks ryškus kaip prisišlieję prie laidininkų. Tačiau toks skirstymas dažnai yra nepriimtinas kitų mokslininkų, kadangi iš 5000 aprašytų bei analizuotų atvejų nebuvo rastas nei vienas, kuriame būtų aprašytas prisišliejęs kamuolinis žaibas prie laidininko.  Pasak jų, tai gali būti Šv. Elmo ugnys.

Kamuolinis žaibas dažniausiai matomas judantis horizontaliai ir pavėjui, tačiau yra liudijimų, jog buvo pastebėtas judantis vertikaliai, vingiuojančiai ar tokiomis panašiomis trajektorijomis, kaip krintantis medžio lapas, prieš vėją ar tiesiog kyboti ore. Jis dažniausiai nejautrus aplinkai, tačiau buvo kartais pastebima, jog kamuolinį žaibą traukia namai, automobiliai, žmonės, laidai ar kiti objektai. Kai kurie liudytojai teigia, jog matė, kaip kamuolinis žaibas perėjo kietą materiją (pavyzdžiui, medį, metalą) jos nepažeisdamas, tačiau kita pusė tvirtina stebėjusi, kaip jis lydė ar degino kitas medžiagas.

Aplink kamuolinį žaibą gali būti matomas vainikas, ore sklandančios dulkės ar rūkas, spinduliai, taip pat spragsėti žiežirbos.

Susidarymo hipotezės 
Dar iki šiol nėra tiksliai žinoma, kaip susidaro kamuolinis žaibas. Ilgą laiką jis buvo laikomas visišku prasimanymu vien dėl to, jog niekam nepavyko jo susidarymo lengvai paaiškinti. Dabar egzistuoja nemažai hipotezių, vienaip ar kitaip paaiškinančių kamuolinio žaibo formavimąsi. Didžiausias visų teorijų minusas – niekam dar nepavyko sukurti kamuolinio žaibo laboratorijoje. Pirmasis pateikti paaiškinimą bandė Nikolas Tesla dar 1904 m., tačiau ilgą laiką populiariausia buvo kita teorija, kurią 1955 m. pasiūlė rusų fizikas ir Nobelio premijos laureatas Piotras Kapica. Jis priskyrė šį reiškinį aukštadažnio elektromagnetinio lauko iškrovai, tačiau nepaaiškindamas, iš kur šis aukštojo dažnio laukas atsiranda. Kiti mokslininkai vėliau bandė taisyti šį trūkumą, teigdami, kad aukšto dažnio bangas gali spinduliuoti pats audros debesis, tam tikromis sąlygomis virstąs gamtiniu mazeriu, tik spinduliuojančiu ne šviesą, bet mikrobangas.

Siekiant patikrinti kamuolinio žaibo egzistavimą, buvo atlikti įvairūs laboratoriniai eksperimentai, kurių metu buvo gauti panašūs į jį šviesuliai. Su paprastomis buityje naudojamomis mikrobangų krosnelėmis net ne itin sudėtingose laboratorijose galima gauti plazmos rutulius, iš išvaizdos panašius į kamuolinius žaibus, tačiau dar nebuvo niekaip įrodyta, kad jie gali būti natūralaus reiškinio prototipas, sukurtas antropogeniškai.

Solitono hipotezė 
Julijus Rubenšteinas, Deividas Finkelšteinas ir Džeimsas R. Povelis pasiūlė hipotezę, jog kamuolinis žaibas gali būti atitrūkusi Šv. Elmo ugnis (1964–1970 m.). Laisvas jonizuoto oro rutulys gali pakankamai sustiprinti savo aplinką vien savo paties savituoju laidumu. Išlaikant jonizaciją kamuolys gali tapti solitonu atmosferinės elektros tėkmėje.

Radiospinduliavimo ar kitų elektromagnetinių spindulių energijos hipotezė 
Kamuolinio žaibo energijos šaltinis gali būti metrinio ir decimetrinio diapazono radiospinduliavimo ir kitų elektromagnetinių spindulių, sklindančių iškrovos metu, energija. Svarus šios radiobanginės teorijos argumentas – žaibo judėjimo pobūdis bangolaidžiais – sugebėjimas patekti į patalpas pro dūmtraukius, kartais laidais (liudininkai pasakoja, kad kamuolinis žaibas išlenda tiesiog iš elektros lizdo), netikėtai pasirodyti iš telegrafo ar telefono aparatų ir netgi hermetiškuose reaktyviniuose lėktuvose. Žaibas sprogsta staiga nutrūkus energijos prietakai – vyksta reiškinys, žinomas kaip išretėjusio jonizuoto oro pliaukštelėjimas.

Žaibo karūnos hipotezė 
Kamuolinis žaibas susidaro linijinio žaibo karūnoje, t. y. toje kanalo vietoje, kurioje jis praplatėjęs iki 1 m. Šioje vietoje temperatūra neaukšta (nesiekia ir 800 °C), bet dideli potencialų skirtumai. Čia iškrovos metu susidaro labai daug jonų, kurie po to renkasi į nedideles švytinčias sferas. Jose dėl kol kas neišaiškintų priežasčių kuriam laikui sustoja jonų rekombinacija.

Išgarinto silicio hipotezė 
Teigiama, jog kamuolinio žaibo prigimtis yra visai ne fizikinė, o cheminė. Manoma, kad kamuolinį žaibą sudaro labai smulkios silicio, SiO2 ar SiC dalelės, išlėkusios į orą po žaibo iškrovos į žemę: smėlio grūdeliai skyla; atsiranda mažytės silicio dalelės, o diokside buvęs deguonis susijungia su dirvoje esančia anglimi ir virsta anglies dvideginiu. Silicio dalelės, kurių skersmuo yra mažesnis kaip 100 nm, vėliau sukimba viena su kita, pradžioje sudarydamos ilgas grandines, iš kurių vėliau susidaro lengvi, pūkiniai rutulio formos vėriniai, kuriuos oro srovė pakelia nuo žemės. Oksiduojantis šioms medžiagoms ir išsiskiria energija, kuri išspinduliuojama kaip šviesa. Miniatiūrinės silicio dalelės gali būti oro srovės įtraukiamos į mažiausius plyšelius, o kitoje pusėje vėl sulimpa į rutulį – taip kamuolinis žaibas pralenda per sienas ir langus. Silicio dalelės gali įkaisti nuo 1200 iki 1700 °C temperatūros. Jeigu temperatūra viršija silicio lydymosi tašką (1412 °C), likęs silicis labai greitai oksiduojasi ir kamuolinis žaibas sprogsta.

Juodosios skylės hipotezė 
Marijus Rabinovičius 1999 m. pristatė hipotezę, jog kamuolinis žaibas – pirmapradės mikroskopinio dydžio juodosios skylės kelias Žemės atmosferoje. Plazmos fizikas Paulas Van Devenderis, įkvėptas M. Fitsgeraldo Airijoje matyto kamuolinio žaibo aprašymo, kuriame pastarasis gyvavo apie 20 minučių, išsprogdino 6 m² duobę, 900 m ir 25 m ilgių griovius bei nedidelį urvą durpyne, surado aprašytą vietovę bei su kolegomis atlikęs ten tyrimus priėjo prie išvados, jog tokį darbą galėjo atlikti tik 20 000 kg masės kūnas, tačiau kurio tankis būtų 2000 kartų didesnis nei aukso, kas galėtų būti miniatiūrinė juodoji skylė.

Nanobaterijų teorija 
Olegas Mešcherijakovas hipotezėje teigė, kad kamuolinis žaibas yra sudarytas iš nano ir submikrometrinių dalelių, kurių kiekviena veikia kaip baterija. Paviršinė iškrova šiose baterijose sudaro trumpą jungimąsi, dėl kurio atsiradusi elektros srovė ir formuoja kamuolinį žaibą.

Juodasis žaibas 

Juodasis žaibas – kamuolinio žaibo atmaina: 10-30 cm skersmens rutulys, juodos, rudos, pilkšvos ar metališkos spalvos. Juodieji žaibai sklando ore, kartais pakimba medžiuose, ant stiebų, stogų, metalinių paviršių, atrodo lyg gumbai ar purvo gniužulai. Pabandžius nukrapštyti ar numušti, juodieji žaibai įkaista ir sprogsta. Jie pasirodo kartu su paprastu linijiniu žaibu arba po jo.
Juodojo žaibo atsiradimas aiškinamas ore susidarančiomis molekulinėmis aeorozolinėmis konglomeracijomis. Jos atsiranda atmosferos orą veikiant Saulės bei kosminiams spinduliams, debesų elektriniams laukams, paprastiems žaibams ir kitokiems fizikiniams ar cheminiams veiksniams. Ore atsiranda chemiškai aktyvių dalelių, turinčių teigiamą ir neigiamą krūvį – jonų, bei aerozolių. Tam tikromis sąlygomis tos dalelės gali sudaryti kondensacijos branduolius, kurie vėliau virsta molekuliniais aerozoliniais konglomeratais. Chemiškai aktyvios konglomerato dalelės gali reaguoti, tada jis įkaista ir tampa kamuoliniu žaibu, galinčiu sprogti. Tačiau paprastasis kamuolinis žaibas šviesdamas gyvuoja tik kelias minutes, o juodasis žaibas išlieka daug ilgiau. Artėjant prie jo lėktuvui, juodasis žaibas virsta paprastu kamuoliniu arba sprogsta. Naktį jis praktiškai nematomas, sunkiai aptinkamas ir radiolokaciniais prietaisais. Juodasis žaibas atsiranda ten, kur teoriškai neįmanoma atsirasti žaibams. Jį galima supainioti su skrendančiu paukščiu.

Šaltiniai

Nuorodos 

 arzinai.lt Puslapis apie kamuolinius žaibus 
 „Physicsweb“ straipsnis: du Izraelio mokslininkai teigia dirbtinai sukūrę kamuolinį žaibą, naudodami mikrobangas (straipsnis anglų kalba)
 Ryšių techniko naujienos: Paslaptingieji kamuoliniai žaibai

Fizika
Meteorologiniai reiškiniai