Вогонь Сент-Елмо - це стійке блакитне сяйво, яке час від часу з’являється біля точкових предметів під час штормів. Назва є чимось помилковим, оскільки електричне явище має більше спільного з блискавкою або північним сяйвом, ніж з полум’ям.
Капітани морів і небес найкраще знають вогонь Сент-Елмо, оскільки ефірне світло давно видно, що чіпляється за щогли кораблів і з недавніх пір - крила літаків. Моряки відзначали видовище тисячі років, але лише в останнє півтора століття вчені навчилися достатньо будови речовини, щоб зрозуміти, чому це явище відбувається. Не боги чи святі розпалюють загадковий вогонь, а одне з п’яти станів речовини: плазма.
Звіти про блакитні вогні, що тьмяно мерехтять від кораблів кораблів, відносяться до античності, коли греки і римляни трактували погляд як відвідування напівбогів-близнюків Кастор і Поллукс. Вважаючи рятувальників загрозливих, побачення близнюків було б надійним знаком для моряків, що вивітрювали шторм.
Пізніше це явище отримало сучасну назву від св. Еразма, або короткого св. Елмо, який жив у третьому столітті. Св. Елмо здобув популярність як покровитель моряків та кишкових неприємностей, після того, як він, як повідомляється, був убитий зневагою. Моряки молилися йому в хвилини лиха і продовжували тлумачити сяйво вогняних танців Сент-Елмо та шипіння на кінчиках своїх човнів як сприятливу ознаку.
Що викликає пожежу Сент-Елмо?
Наукове розуміння вогню Сент-Елмо стало можливим лише після того, як британський хімік і фізик Вільям Крукс створив те, що він назвав "променистою речовиною" завдяки своїй роботі вакуумними трубками в 1879 році. Відкриття електрона відбулося через два десятиліття, виявивши, що світ був зроблені з більш ніж нейтральних атомів. Виявлення, що атоми містять менші, заряджені частинки, виявилося важливим для розуміння того, чому матерія Крукса світиться, запустивши цілком нове поле фізики плазми.
Плазма виникає, коли надлишок енергії розщеплює атоми в нейтральному газі, щоб створити заряджений газ. Один із способів створення плазми - це тепло. Наприклад, нагрівання твердого льоду розщеплює молекулярні кристали в рідкій воді, а кипляча рідка вода звільняє молекули води підніматися у вигляді газоподібної пари. Продовжуйте скидати енергію в пари (наприклад, нагріваючи її раніше 21 000 градусів за Фаренгейтом, або 12 000 градусів Цельсія), і атоми в молекулах води розхитуються, втрачаючи електрони і стаючи зарядженими іонами. Ця точка являє собою перехід від газу, хмари нейтральних частинок, до плазми, хмари, що містить багато заряджених частинок.
Електроенергія може розірвати молекули газу і зробити плазму легшою, ніж тепла, що є запорукою пожежі Сент-Елмо. Під час бурі тертя накопичує зайві електрони в певних частинах хмар, генеруючи потужні електричні поля, які досягають землі. Досить сильне поле теоретично може розбити повітря в плазму де завгодно, але на практиці гострі точки (наприклад, щогла корабля) прагнуть сконцентрувати поле, позбавляючи електронів від атомів, щоб залишати позаду заряджені іони в особливо великій кількості поблизу гострих місця.
Після того, як повітря навколо щогли частково перетвориться на плазму, вогонь Сент-Елмо світить за допомогою процесу, званого коронним розрядом. Коли електричне поле обв'язує електрони навколо, вони збиваються з нейтральних частинок і перемішують ці нейтральні частинки в більш енергійний стан.
Уявіть, що "якийсь хуліган проходить крізь шкільний двір, що б'є всіх дітей", - сказала Крістіна Лінч, фізик плазми з Дартмутського коледжу в Нью-Гемпширі "Вони всі хвилюються, і тоді їм доведеться розслабитися". Щоб охолонути, збуджені частинки випромінюють фотон світла з певною енергією та кольором. Для азоту та кисню, які переважають в атмосфері Землі, цей спалах світла горить відповідно синім та фіолетовим.
Вогонь святого Елмо не блискавка
У той час як пожежа Сент-Елмо має тенденцію відбуватися в бурхливих умовах, це явище є відмінним від блискавки. Блискавка блискавки з тієї ж причини містить синій та фіолетовий кольори, але він також світить білим - сумішшю багатьох кольорів - оскільки він нагріває повітря навколо нього.
Кольорові вогні полярної полярності отримують своє сяйво і від розслабляючих частинок, хоча електрони, що збуджують ці частинки, в кінцевому рахунку отримують свою енергію від сонячного вітру, а не від електрично заряджених хмар. Багато людей також плутають вогонь Сент-Елмо з кульовою блискавкою, ще одним явищем розжарювання, відомим тисячоліттями. Незважаючи на те, що ті завислі сфери світла залишаються погано зрозумілими, про ці дві події повідомлялося разом, як це було зроблено у статті альпініста від 1977 р.
"Тільки під мною стояла напівзруйнована будівля. Я бачив нерухомі язики світло-блакитного полум’я на кожній точці сталевого каркаса, який виступав з руїн. Полум'я було різного розміру. Чим вище точка, тим більше було язик полум'я на ньому. Ще нижче, на висоті від 4000 до 4100 м, блимали блискавки. Помаранчеві кульки розміром з футбольний м'яч летіли вітром на тлі чорних хмар ".
Чи небезпечна пожежа святого Елмо?
На щастя для туристів і моряків, вогонь Сент-Елмо не горить і не представляє ніякої негайної небезпеки поза межами потенційно бурхливої погоди.
Однак інженери повинні враховувати розряд корони при проектуванні електрообладнання, зокрема ліній електропередач, оскільки небажані випадки пожежі Сент-Елмо можуть витрачати цінну електроенергію. Щоб мінімізувати цей ефект, багато ліній електропередач мають подібні обручі "коронні кільця" навколо точкових ділянок, таких як наконечники веж та жердин. Ці кільця утримують електричне поле від концентрування достатньо для отримання великої кількості плазми.
В інших випадках інженери знайшли способи використовувати коронний розряд на свою користь. Процес бере участь у виробництві озону, промислового дезінфікуючого засобу. Коронний розряд також грає роль у створенні заряджених поверхонь, необхідних всередині фотокопіювального апарата.
У той час як дослідники демістифікували це явище і примусили його працювати в сучасних технологіях, нешкідливе, але захоплююче сяйво вогню Сент-Елмо все ще має силу здивувати перехожих, як і тисячоліття.
