Atsako mokslininkai. Kas žinoma apie kamuolinius žaibus?

Jau visiems įprasta, kad karštas vasaros dienas dažnai palydi audros su įspūdingais žaibais. Tai tokia galinga ir nenuspėjama gamtos jėga, kurios neįmanoma nei suvaldyti, nei kaip nors ją panaudoti. Kaip susiformuoja žaibai, kuo jie įdomūs ir kas per reiškinys yra kamuolinis žaibas, LRT.lt papasakojo mokslininkas Sergejus Orlovas.

Debesys taip pat įsielektrina

Kaip aiškino Fizinių ir technologijos mokslų centro (FTMC) mokslininkas, fizikos mokslų daktaras Sergejus Orlovas, žaibų susidarymas yra panašus procesas kaip ir plaukų įsielektrinimas. Vienas objektas tiesiog įgauna teigiamą, o kitas – neigiamą krūvį. Pasirodo, debesys taip pat įsielektrina.

„Žaibai pirmiausia susidaro jiems būdinguose debesyse, yra kelios jų rūšys. Tai dažniausiai nutinka tada, kai būna šilta, nors gali būti ir tada, kai šalta, svarbiausia, kad būtų šilto oro srovių, kurios kyla į viršų ir maišosi su šalto oro srovėmis. Dėl to pradeda formuotis ledo kristalai arba krušos dalelės. Ledo kristalai dažniausiai įgauna teigiamą krūvį, t. y. nuo jų dėl trinties atsiplėšia elektronai, o krušos dalelės įgauna neigiamą krūvį.

Į viršų keliauja ledo kristaliukai, snaigės, jie įgauna teigiamą krūvį. O žemyn, tame debesyje, krenta krušos dalelės, kurios turi neigiamą krūvį. Taip išeina, kad per tą didelį debesį (jo storis gali būti maždaug kilometras) susidaro elektros krūvio skirtumas. Kai tas debesis slenka per žemę, iš jos gelmių ir paviršiaus suteka vadinamasis veidrodinis krūvis, jis yra to žemesnio, neigiamai įkrauto, debesies sluoksnio atspindys. Tai kaip dvi plokštelės: viena įkrauta teigiamai, o kita – neigiamai“, – dėstė mokslininkas.

Anot jo, šias dvi plokšteles skiria oras ir dažniausiai tas krūvis išlieka atskirtas. Tačiau jeigu krūvis yra didelis, o tarp žemės ir debesies atsiranda galimas kelias žaibo išlydžiui, tuomet jis ir įvyksta.

„Žaibas ieško sau kelio ir susidaro tokie takai nuo debesies link žemės. Tas kelias, vadinamasis vedlys, nėra vienas, jis šakojasi į kelias atšakas. Iš kitos pusės nuo žemės link debesies yra kitas vedlys. Kai tie du vedliai atsiduria vienas šalia kito, jie susijungia ir įvyksta elektros išlydis, mes matome žaibą“, – kalbėjo S. Orlovas.

Idealiu atveju, jeigu debesies ir žemės paviršius būtų lygus, nebūtų vietos tiems vedliams susidaryti. Tačiau dažniausiai ir debesis turi dalių, artimesnių žemei, o ant žemės paviršiaus būna kalvų, medžių ir kitokių išsikišimų. Žaibo išlydis dažniausiai įvyksta per patį mažiausią atstumą tarp žemės ir debesies.

Žaibuoti gali ir po ugnikalnio išsiveržimo ar raketos paleidimo

Fizikas atkreipė dėmesį, kad žaibuoja ne tik per audrą, elektros išlydį gali sukelti ir kai kurie gamtos reiškiniai, ir žmonių veikla.

„Dažniausiai žmonės galvoja, kad žaibai susidaro tik tada, kai lyja, bet tai netiesa. Yra sausų žaibų, kai vyksta koks nors gaisras miškuose, dega medžiai, susidaro tokie degimo debesys, juose vyksta tas pats procesas kaip ir paprastuose žaibo debesyse – šiltas oras keliauja į viršų, ten susimaišo su šaltu oru. Tik ten nebe ledas, o tie degimo produktai susimaišo su tam tikru kondensatu. Dėl trinties atsiskiria elektros krūviai ir gali įvykti sausas žaibas“, – kalbėjo fizikas.

Žaibus, pasak mokslininko, taip pat gali sukelti ir ugnikalnių išsiveržimai. Karštas oras kyla į viršų, tuomet atsiranda trintis tarp vandens ir iš ugnikalnio besiveržiančių dalelių. Taip pat įdomu tai, kad žaibuoti gali ir tuomet, kai įvyksta termobranduolinis sprogimas ar į kosmosą kyla raketa. Beje, žaibų pastebima ir kitose planetose, pavyzdžiui, Veneroje, Jupiteryje, Saturne.

S. Orlovas įvardijo, kad dažniausiai žaibas trenkia į aukščiausiai esantį objektą. Todėl žaibuojant kvailiausia yra slėptis po kokiu nors aukštu objektu, pavyzdžiui, vienišu medžiu, stulpu, namu ir panašiai.

„Žaibas greičiausiai smogs į tą vietą, kuri yra aukščiausiai, tai ne veltui pas mus yra žaibolaidžiai iškeliami ant stogų – tai yra aukščiausia metalinė namo vieta. Saugiausia yra ieškoti kokios nors žemesnės vietos, vengti kalvų, metalinių daiktų šalia savęs ir slėptis namo viduje“, – LRT.lt teigė pašnekovas.

Žaibas pernelyg nekontroliuojamas, kad būtų panaudotas

Ar įmanoma kaip nors panaudoti žaibų energiją? Kaip įvardijo S. Orlovas, yra specialių žaibų laboratorijų, kurios šauna į dangų raketas su ritėmis ir viela. Ritės išsivynioja ir inicijuoja žaibą. Tą patį galima padaryti ir su lazeriu, tačiau problema tokia, kad žaibą labai sunku kontroliuoti ir nuspėti, kur jis trenks.

„Buvo įvairių bandymų ir Sovietų Sąjungoje, ir Jungtinėse Amerikos Valstijose (JAV) žaibus suvaldyti. Netgi buvo eksperimentinių žaibų gaudymo mašinų. Kartais žaibo energiją pavykdavo pagauti, kartais ne, tas efektas yra pernelyg nekontroliuojamas, negali tiksliai nuspėti, su kokia galia žaibas smogs ir kur. Paruoši eksperimentinės jėgainės įrangą, o žaibas ima ir smogia ne į jėgainę, o už 5 metrų“, – aiškino mokslininkas.

Mokslininkams buvo kilę minčių, kad žaibą galima būtų panaudoti deguoniui nuo vandenilio atskirti, vandeniui įkaitinti ir kokiai nors jėgainei paleisti. Yra ir įvairių startuolių, bandančių pagauti žaibo energiją, tačiau kol kas su ta pagauta energija pavyko pamaitinti tik 60 vatų lemputę.

Kamuolinis žaibas – neįminta mįslė mokslininkams

Turbūt visiems yra tekę girdėti apie kamuolinį žaibą, per menkiausią plyšelį patekusį į namus. Kai kam galbūt net yra tekę su juo susidurti. Žmonės sako, kad tuomet negalima nė krustelėti, kitaip jis susprogs ir sukels labai daug žalos.

Kaip aiškino S. Orlovas, kamuolinis žaibas yra išties labai įdomus reiškinys, jis visiškai nenuspėjamas ir kol kas dar neperprastas.

„Iki šiol neišsiaiškintos sąlygos, kaip jis susidaro, nėra atkartota laboratorijoje kamuolinio žaibo generacija. Iš gamtoje esančių reiškinių pavyko tik pora stebėjimų, kai išėjo pamatuoti spektrą, pagal tai galima įsivaizduoti, iš ko tas kamuolinis žaibas galėtų būti sudarytas. Problema yra ta, kad jo dydis labai įvairus – nuo centimetro iki metro. Dažniausiai – apie 10–20 centimetrų. Dažniausiai jis būna apvalios formos, bet gali priminti ir kriaušę. Vienintelis dalykas, kuris tiksliai žinomas, yra tai, kad kamuoliniai žaibai dažniausiai atsiranda po paprasto žaibo, smogiančio iš debesies į Žemę. Jie nėra tokie skaistūs kaip įprasti žaibai, jų skaistumas prilyginamas su lemputės.

Spalva ne visada balta arba geltona, jie gali būti ir raudoni arba oranžiniai, kelionės trukmė gali būti nuo sekundės iki minutės. Kitas dalykas, jie gali būti visiškai nejudantys arba gali judėti horizontaliai pastoviu greičiu. O gali ir chaotiškai šokinėti, todėl dažniausiai žmonės jų ir bijo“, – pasakojo mokslininkas.

Anot jo, žmonės kartais sako jaučiantys karštį, o kartais ne. Kamuoliniai žaibai vienais atvejais juda link metalinių objektų, o kitais atvejais juos visiškai ignoruoja. Jie gali patekti į vidų pro uždarus langus ir duris, tačiau nutinka ir taip, kad iškart sprogsta.

„Jie gali įeiti į skrendantį lėktuvą ir be jokios žalos iš jo pasišalinti. Kai kurie žmonės kalba, kad ir kvapai lydi tuos kamuolinius žaibus. Labai platus šių reiškinių diapazonas, mokslininkai iki galo nesupranta, kaip jie gali susidaryti. Egzistuoja kelios skirtingos hipotezės“, – teigė S. Orlovas.

Viena iš teorijų sako, kad žaibas, trenkęs į žemę, atskiria smėlyje esantį silicį nuo deguonies, šis vėliau susijungia su dirvoje esančia anglimi ir virsta anglies dvideginiu. Paskui silicio dalelės sukimba viena su kita, pradžioje jos sudaro ilgas grandines, vėliau iš jų susidaro lengvi, pūkiniai rutulio formos vėriniai, juos oro srovė pakelia nuo žemės. Oksiduojantis šioms medžiagoms ir išsiskiria energija, išspinduliuojama kaip šviesa. Tvirtinama, kad 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.

Kiti mokslininkai kamuolinius žaibus sieja su Šventojo Elmo ugnimi. Jeigu laivas yra jūroje, jis yra aukščiausias paviršiaus objektas, o kai virš laivo keliauja debesis, teigiamas elektros krūvis pradeda kauptis ant aukščiausių laivo detalių. Aplink jas ima jonizuotis oras ir švytėti tarsi lemputė. Dėl to kai kurie fizikai svarsto, kad nuo Šventojo Elmo ugnies ir susidaro kamuolinis žaibas.

Įvairių teorijų dėl kamuolinio žaibo kilmės yra ir daugiau, tačiau bendros hipotezės nėra.