Vai bumbas zibens noslēpums ir atrisināts?

Attēlu sērija, kurā parādīta bumbiņai zibens līdzīga parādība laboratorijā. Image via David M. Friday et. al / BBC.

Bumbas zibens ir viena no pazīstamākajām dabas parādībām, ko maz redzējuši. Līdz pēdējiem gadiem lielākā daļa zinātnieku skeptiski izturējās pret bumbiņu zibens; tas šķita vairāk mīts nekā realitāte. Mūsdienās zinātnieku vidū bumbas zibens ielu rādītāji ir spēcīgāki, taču joprojām ir tā, ka vairums attēlu, kurus tiešsaistē redzat kā bumbas zibens, ir tikai pārāk eksponēti parasto zibens attēlu. Faktiski neviens mūsu uzaicinātais eksperts nevarēja norādīt uz faktisko bumbiņas zibens tēlu dabā. Kas ir bumba zibens? Kopš agrīno grieķu laikiem ir bijuši ziņojumi par mazām spilgti plazmai līdzīgas gaismas bumbiņām, kas pārvietojas virs zemes un pēc tam pazūd. Skaidrojums lielākoties joprojām apiet zinātniekus, kaut arī tagad ir piedāvāti dažādi skaidrojumi. Un tagad, pamatojoties uz iepriekšējiem pētījumiem, ir iespējama jauna atbilde uz šo nesaprotamo noslēpumu.

Pētījums ir publicēts jaunā recenzētā rakstā Vladimira Torčigina no Krievijas Zinātņu akadēmijas žurnāla Optik 2019. gada jūlija numurā.

Kā norāda nosaukums, bumbas zibens bieži tiek uzskatīts par zibens veidu. Tomēr faktiski tas tā nevar būt; tas varētu nebūt īsts zibens. Iepriekš Torchigina ierosinātā hipotēze bija ieteikusi, ka šīs dīvainās orbītas ir vienkārši ieslodzītas plāna gaisa sfērā. Jaunajā rakstā šī ideja tiek izvērsta un ierosināti fiziski parametri, kā šīs lietas varētu pastāvēt.

Torčigins jau iepriekš bija ieteicis, ka gaismas bumbiņas sastāv no fotoniem - elementārdaļiņām, kas ir gaismas pamatvienības -, kas rikošetojas pašu veidotā gaisa burbuļa iekšpusē. Viņa hipotēze ir balstīta uz pieņēmumu, ka, tā kā jebkura daļiņa absorbē un izstaro elektromagnētisko starojumu, pastāv atsitiens, ko dēvē par Abrahama-Lorenca spēku. Gaismas izliešana no zibens spēriena liek gaisa daļiņām lēkt, jo tās absorbē un pārraida elektromagnētisko starojumu.

Šie spēki parasti ir ļoti mazi, taču tos var pastiprināt atbilstošos apstākļos: veidojot plānu gaisa kārtu, kas refrakcijas laikā rada gaismu atpakaļ uz sevi. No darba kopsavilkuma:

Mēs parādām, ka noslēpumainā un intriģējošā bumbas zibens izturēšanās, ko novērojuši daudzi aculiecinieki, ir izskaidrota, pieņemot, ka bumbas zibens sastāv tikai no gaismas un saspiesta gaisa. Pretstatā ziepju burbulim lodveida zibens sfēriskais apvalks sastāv no ļoti saspiesta gaisa, kurā parasta balta gaisma griežas visos iespējamos virzienos. Gaisma saspiež gaisu optiskā elektrostriktīvā spiediena dēļ. Savukārt saspiestā gaisa apvalks ir divdimensiju gaismas vads, kas novērš gaismas izplatīšanos brīvā telpā. Tādējādi bumbas zibens ir pašierobežota gaisma nelineārā optiskā vidē parastās gaisa atmosfēras formā.

Plānais gaisa slānis atgādina ziepju burbuļa plēvi. Šis “burbulis” varētu fokusēt gaismu kā objektīvs. Kad gaisma tiek pietiekami pastiprināta, gaisa daļiņas nokļūst ārējā malā - burbuļa plēvē -, kur fotoni varētu koncentrēties sekundes vienlaikus.

Gravējums no 1901. gada, kurā attēlota bumbiņu zibens pamanīšana. Attēls via Wikimedia.

Daži no šiem “embrija” burbuļiem atkal ātri izzūd gaismas trūkuma vai burbuļa virsmas dēļ, kas nav pilnībā aizvērta. Tie, kas izturēja ilgāk, būs tie, ko mēs saucam par bumbiņu zibens.

Tātad, kā Torchigin nonāca pie šiem secinājumiem?

Hipotēze ir iepriekšējo pieņēmumu apvienojums ar fizikāliem modeļiem, kas nosaka gaismas blīvumu un gaisa spiedienu, kas vajadzīgs, lai iegūtu šādus gaismas fokusēšanas burbuļus. Vai tā ir pilnīga atbilde? Vēl nē. Ir dažas detaļas, kuras tas vēl neizskaidro, piemēram, Ķīnā pirms dažiem gadiem noticis gadījums, kad pēc zibens spēriena tika ziņots par bumbas zibens. Notikums tika fiksēts spektrogrāfā, tāpēc zinātniekiem izdevās iegūt tā elektromagnētiskā spektra sadalījumu. Tas, iespējams, arī neizskaidro sēra smakas, par kurām dažreiz tiek ziņots. Bet tas varētu novest pie eksperimentiem, kas vai nu apstiprinās, vai atmetīs šo jaunāko priekšlikumu par bumbiņas zibens darbību.

Bumbu zibens tiek ziņots gadsimtiem ilgi. Orbi parasti ir greipfrūta lieluma un lēnām pārvietojas pa zemi. Tie ir redzēti elektrisko vētru laikā, līdz ar to arī agrīnās teorijas, ka tās vienkārši ir citāda zibens forma. Tās parasti klusi izzūd pēc 10 sekundēm, bet dažreiz var dzirdēt sprādziena skaņu. Tika novērots, ka tie iziet cauri aizvērtiem logiem!

Mākslinieka koncepcija par bumbiņu zibens orb.

Citā teorijā Kenterberijas universitātes inženieris Džons Abrahamsons ierosināja, ka bumbiņas zibens varētu būt iemesls tam, ka iztvaicēts zemes materiāls tiek izvirzīts gaisa triecienviļņu ietekmē. Iztvaicētais silīcija dioksīds kondensējas nanodaļiņās - mikroskopiskās daļiņās, kuru vismaz viena dimensija ir mazāka par 100 nanometriem - un to saista elektriski lādiņi. Tas kvēlo karsts ķīmiskās reakcijas dēļ starp silīciju un gaisā esošo skābekli.

Stenlijs Singers 70. gados aprakstīja trīs bumbiņas zibens pamatiezīmes: ilgumu, peldošo kustību un pēkšņo pazušanu. Visas ierosinātās teorijas ir jāņem vērā.

Viens no ātrāk dokumentētajiem ziņojumiem par bumbas zibināšanu ir no vētrainas svētdienas 1638. gadā. Draudzes baznīca Devonshire, Anglijā, izraisīja liesmas, un daži no cilvēkiem tika nogalināti. Kopš tā laika ir bijis tūkstošiem novērojumu. Bumbu zibens vai vismaz kaut kas līdzīgs pat ir izveidots laboratorijā. 2007. gada pētījumā, kas publicēts žurnālā Physical Review Letters, Brazīlijas Pernambuco federālās universitātes pētnieki elektrību izmantoja, lai iztvaicētu sīkos silīcija vafeļus. Tas izveidoja zilas vai oranži baltas sfēras, kurās bija pingponga bumbiņas, kuras svārstījās apmēram astoņas sekundes.

Grunts līnija: Bumbas zibens jau sen ir noslēpumaina parādība, kuras skaidrojums zinātniekiem ir simtiem gadu bijis izvairījies. Bet, pateicoties nepārtrauktiem zinātnieku, piemēram, Torchigin, pētījumiem, šķiet, ka atbilde uz šo mīklu beidzot var būt tuvu.

Avots: Zibens fizika gaismas burbuļa formā

Via zinātnes trauksme