Svētā Elmo ugunsgrēks ir noturīgs zils mirdzums, kas vētru laikā ik pa laikam parādās netālu asu punktu tuvumā. Nosaukums ir nepareizs nosaukums, jo elektriskajai parādībai ir vairāk kopīga ar zibens vai ziemeļblāzmu nekā ar liesmu.
Jūru un debesu kapteiņi vislabāk zina Svētā Elmo uguni, jo ēteriskā gaisma jau sen ir redzama, kā pieķērusies kuģu mastiem un nesen lidmašīnu spārniem. Jūrnieki ir ievērojuši briļļu tūkstošiem gadu, bet tikai pēdējā pusotra gadsimta laikā zinātnieki ir pietiekami daudz iemācījušies matērijas struktūru, lai saprastu, kāpēc šī parādība notiek. Mīklaino uguni neuzkurina dievi vai svētie, bet gan viens no pieciem matērijas stāvokļiem: plazma.
Ziņojumi par zilajām gaismām, kas vāji mirgo no kuģu platformām, datēti ar antīkiem laikiem, kad grieķi un romieši šo skatu interpretēja kā padievu dvīņu Kastora un Polluksa apmeklējumus. Uzskatot par briesmu glābējiem, dvīņu parādīšanās būtu bijusi cerīga zīme jūrniekiem, kas pārdzīvo vētru.
Šī parādība vēlāk ieguva savu moderno nosaukumu no Svētā Erasma jeb īsā Elmo, kurš dzīvoja trešajā gadsimtā. Svētais Elmo ieguva slavu kā jūrnieku patrons un zarnu trauksmes cēlonis pēc tam, kad tika ziņots, ka viņš tika nogalināts ar nūjošanu. Jūrnieki briesmu brīžos lūdza viņu un turpināja Svētā Elmo uguntiņas dejošanu un šņukstēšanu uz viņu laivu padomiem uzskatīt par labvēlīgu zīmi.
Kas izraisa Svētā Elmo ugunsgrēku?
Zinātniskā izpratne par Svētā Elmo uguni kļuva iespējama tikai pēc tam, kad britu ķīmiķis un fiziķis Viljams Krooks 1879. gadā ar savu darbu ar vakuuma caurulēm izgatavoja to, ko viņš sauca par “starojošo vielu”. Elektrons tika atklāts divus gadu desmitus vēlāk, atklājot, ka pasaule ir izgatavoti no vairāk nekā neitrāliem atomiem. Konstatējot, ka atomos ir mazākas, lādētas daļiņas, izrādījās būtiska nozīme, lai saprastu, kāpēc Krūka matērija spīdēja, uzsākot pilnīgi jaunu plazmas fizikas lauku.
Plazma rodas, ja liekā enerģija neitrālā gāzē sadala atomus, veidojot uzlādētu gāzi. Viens no veidiem, kā izveidot plazmu, ir siltums. Piemēram, karsējot cietu ledu, molekulārie kristāli tiek sadalīti šķidrā ūdenī, un verdošs šķidrs ūdens atbrīvo ūdens molekulas, lai tās paceltos kā gāzveida tvaiki. Turpiniet enerģijas novadīšanu tvaikos (piemēram, karsējot to virs 21 000 grādiem pēc Fārenheita vai, piemēram, 12 000 grādi pēc Celsija), un ūdens molekulās esošie atomi kļūst rupji, zaudējot elektronus un kļūstot par lādētiem joniem. Šis punkts apzīmē pāreju no gāzes, neitrālu daļiņu mākoņa uz plazmu, mākoņa, kurā ir daudz uzlādētu daļiņu.
Elektroenerģija var saplēst gāzes molekulas un padarīt plazmu vieglāk nekā siltums, kas ir Svētā Elmo uguns atslēga. Vētras laikā atsevišķās mākoņu daļās berze uzkrāj papildu elektronus, radot spēcīgus elektriskos laukus, kas sasniedz zemi. Pietiekami spēcīgs lauks teorētiski var sadalīt gaisu plazmā jebkur, taču praksē asiem punktiem (piemēram, kuģa mastam) ir tendence koncentrēt lauku, slokšņu elektronus noņemot no atomiem, lai sevišķi lielu skaitu aiz sevis atstātu uzlādētus jonus pie asiem vietas.
Kad gaiss ap mastu ir daļēji pārveidojies plazmā, Sv. Elmo uguns spīd, izmantojot procesu, ko sauc par koronas izlādi. Elektriskajam laukam siksnojot elektronus, tie iesit neitrālās daļiņās un satrauc šīs neitrālās daļiņas enerģētiskākajā stāvoklī.
Iedomājieties, ka "kāds kauslis iet cauri skolas pagalmam, sitot visus bērnus", sacīja Kristina Linča, plazmas fiziķe Dartmutas koledžā Ņūhempšīrā. "Viņi visi satraucas, un tad viņiem ir jāatslābst." Lai atdzistos, ierosinātās daļiņas izstaro gaismas fotonu ar noteiktu enerģiju un krāsu. Slāpeklim un skābeklim, kas dominē Zemes atmosfērā, gaismas pārsprāgšana attiecīgi deg attiecīgi zilā un violetā krāsā.
Svētā Elmo uguns nav zibens
Kamēr Sv. Elmo ugunsgrēks mēdz notikt vētrainos apstākļos, tā ir atšķirīga parādība nekā zibens. Zibenskrūves mirdzums tā paša iemesla dēļ satur zilu un purpursarkanu, bet tas arī mirdz balts - daudzu krāsu sajaukums -, jo tas silda gaisu ap to.
Krāsainās aurora gaismas iegūst mirdzumu arī no relaksējošām daļiņām, kaut arī elektroni, kas šīs daļiņas satrauc, galu galā iegūst enerģiju no saules vēja, nevis ar elektriski lādētiem mākoņiem. Daudzi sajauc arī Svētā Elmo uguni ar bumbas zibens, kas ir vēl viena kvēlojoša parādība, kas pazīstama gadu tūkstošiem. Kaut arī šīs gaismu svārstīgās sfēras joprojām ir slikti izprotamas, par abiem notikumiem tiek ziņots kopā, tāpat kā šī alpīnista kontā kopš 1977. gada, kas ziņots žurnālā Scientific Exploration:
"Tieši zem manis bija nopostīta ēka. Katrā tērauda karkasa punktā, kas izvirzīts no drupām, es redzēju joprojām gaiši zilas liesmas mēles. Liesma bija dažāda lieluma. Jo augstāks bija punkts, jo lielāks bija liesmas mēle uz tā. Joprojām zemāk, 4000 līdz 4100 m augstumā, mirgoja zibens. Futbola bumbiņas izmēra oranžas bumbiņas ar vēja palīdzību lidoja uz melnu mākoņu fona. "
Vai Sv. Elmo ugunsgrēks ir bīstams?
Par laimi ceļotājiem un jūrniekiem, Sv. Elmo uguns nedeg un nerada nekādas tiešas briesmas ārpus paša potenciāli vētrainā laika.
Inženieriem, izstrādājot elektroiekārtas, it īpaši elektropārvades līnijas, ir jāņem vērā koronas izlāde, jo nevēlamie Sv. Elmo ugunsgrēka gadījumi var iztērēt vērtīgu elektrību. Lai samazinātu šo efektu, daudzās tālsatiksmes elektropārvades līnijās ir stīpveida "korona gredzeni" ap smailām vietām, piemēram, torņu un stabu galiem. Šie gredzeni neļauj pietiekami koncentrēties elektriskajam laukam, lai ražotu daudz plazmas.
Citos gadījumos inženieri ir atraduši veidus, kā izmantot koronas izlādi savā labā. Šis process ir saistīts ar rūpnieciskā dezinfekcijas līdzekļa - ozona - ražošanu. Koronas izlādei ir liela nozīme arī lādētu virsmu izveidošanā, kas vajadzīgas kopētāja iekšpusē.
Kamēr pētnieki ir demistificējuši šo fenomenu un izmantojuši to mūsdienu tehnoloģijās, nekaitīgajam, bet valdzinošajam Svētā Elmo uguns mirdzumam joprojām ir spēks pārsteigt apkārtējos, tāpat kā gadu tūkstošiem.
