Огънят на Сейнт Елмо е устойчиво синьо сияние, което понякога се появява близо до заострени предмети по време на бури. Името е нещо неправилно, тъй като електрическият феномен има повече общо с мълнията или северното сияние, отколкото с пламъка.
Капитаните на моретата и небето познават огъня на Сейнт Елмо най-добре, тъй като ефирната светлина отдавна е зряла, прилепнала към мачтите на корабите и по-скоро крилата на самолетите. Моряците отбелязват спектакъла от хиляди години, но едва през последния век и половина учените научиха достатъчно за структурата на материята, за да разберат защо се случва явлението. Не богове или светци разпалват загадъчния огън, а едно от петте състояния на материята: плазма.
Доклади за сини светлини, слабо замъгляващи от буровите кораби, датират от древността, когато гърците и римляните тълкуват гледката като посещения на полубоговете близнаци Кастор и Поллукс. Считано спасители на застрашените, видението на близнаците щеше да дойде като обнадеждаващ знак за моряците, изветряващи буря.
По-късно феноменът получи своето модерно име от св. Еразъм, или за кратко св. Елмо, живял през третия век. Св. Елмо доби слава като покровител на моряците и чревния дистрес, след като според съобщенията той е убит от опорочаване. Моряците му се молели в моменти на бедствие и продължавали да тълкуват сиянието на нестинарските танци на Сейнт Елмо и съскане по върховете на лодките си като благоприятно знамение.
Какво причинява пожара на Сейнт Елмо?
Научно разбиране на огъня на Сейнт Елмо става възможно едва след като британският химик и физик Уилям Крукс произвежда това, което той нарича "лъчева материя" чрез работата си с вакуумни тръби през 1879 г. Откриването на електрона идва две десетилетия по-късно, разкривайки, че светът е направени от повече от неутрални атоми. Откриването, че атомите съдържат по-малки, заредени частици, се оказа съществено за разбирането защо материята на Крукс свети, стартирайки изцяло новото поле на физиката на плазмата.
Плазмата възниква, когато излишната енергия разгражда атомите в неутрален газ, за да създаде зареден газ. Един от начините за създаване на плазма е с топлина. Например, нагряването на твърд лед разрушава молекулните кристали в течна вода, а врящата течна вода освобождава водни молекули, за да се издигнат като газообразни пари. Продължете да изхвърляте енергия в парата (например, като я загрявате преди 21 000 градуса по Фаренхайт, или 12 000 градуса по Целзий), и атомите във водните молекули се разрохкват, губят електроните си и стават заредени йони. Тази точка представлява прехода от газ, облак от неутрални частици, към плазма, облак, съдържащ много заредени частици.
Електричеството може да разкъсва газовите молекули и да направи плазма по-лесно, отколкото топлината, което е ключът към пожара на Сейнт Елмо. По време на буря, триенето изгражда излишни електрони в определени части на облаците, генерирайки мощни електрически полета, които достигат до земята. Достатъчно силно поле теоретично може да разгради въздуха в плазма навсякъде, но на практика острите точки (като мачтата на кораб) са склонни да концентрират полето, като отнемат електрони от атоми, за да оставят след себе си заредени йони в особено високи числа, близо до остри места.
След като въздухът около мачтата частично се трансформира в плазма, огънят на Сейнт Елмо свети чрез процес, наречен разряд на корона. Тъй като електрическото поле пристяга електрони наоколо, те се удрят в неутрални частици и ги разбъркват в по-енергично състояние.
Представете си „някакъв побойник да минава през училищния двор, който рита всички деца“, каза Кристина Линч, плазмен физик от колежа в Дартмут в Ню Хемпшир. "Те всички се вълнуват и тогава трябва да се отпуснат." За да се охладят, възбудените частици излъчват фотон светлина с определена енергия и цвят. За азот и кислород, които доминират в земната атмосфера, този изблик на светлина изгаря съответно синьо и виолетово.
Огънят на Сейнт Елмо не е мълния
Докато огънят на Сейнт Елмо има тенденция да се провежда при бурни условия, това е явно явление от мълния. Блясъкът на мълния съдържа синьо и лилаво по същата причина, но също така свети бяло - смес от много цветове - тъй като загрява въздуха около него.
Цветните светлини на Аврората получават сиянието си и от релаксиращи частици, въпреки че електроните, които възбуждат тези частици, в крайна сметка получават енергията си от слънчевия вятър, а не от електрически заредени облаци. Мнозина също объркват огъня на Свети Елмо с кълбовидна мълния, друго явление с нажежаема жичка, известно от хилядолетия. Докато тези висящи сфери на светлината остават слабо разбрани, двете събития са докладвани заедно, както е в счетоводството на този алпинист от 1977 г., отчетено в Journal of Scientific Exploration:
"Точно под мен имаше разрушена сграда. Виждах все още езици от светлосин пламък върху всяка точка на стоманена рамка, която стърчаше от руините. Пламъкът беше с различни размери. Колкото по-висок беше точката, толкова по-голям беше език на пламъка върху него. Все още по-нисък, на височина от 4000 до 4100 м, проблясваше мълния. Оранжевите топки с големина на футболна топка летяха от вятъра на фона на черни облаци. "
Опасен ли е пожарът на св. Елмо?
За щастие на туристите и моряците, огънят на Сейнт Елмо не гори и не представлява непосредствена опасност отвъд потенциално бурното време.
Инженерите обаче трябва да вземат под внимание коронното изхвърляне при проектирането на електрическо оборудване, по-специално електропроводи, тъй като нежеланите случаи на пожар на Сейнт Елмо могат да изсмукат ценна електроенергия. За да се сведе до минимум този ефект, много далекопроводи разполагат с подобни на обръча „коронни пръстени“ около заострени области като върховете на кулите и стълбовете. Тези пръстени пазят електрическото поле да не се концентрира достатъчно, за да произведе много плазма.
В други случаи инженерите са намерили начини да използват разряда на корона в своя полза. Процесът участва в производството на озон, промишлен дезинфектант. Коронният разряд също играе роля в създаването на заредените повърхности, необходими във фотокопира.
Докато изследователите демистифицираха феномена и го накараха да работи в съвременните технологии, безобидното, но завладяващо сияние на огъня на Сейнт Елмо все още има силата да удиви зрителите, точно както има от хилядолетия.
