Bola de iluminação - Ball lightning

Para o filme tcheco, veja Ball Lightning (filme) . Para o romance chinês, consulte Ball Lightning (romance) .

Uma representação de 1901 de um raio esférico

O raio bola é um fenômeno inexplicável descrito como objetos luminescentes e esféricos que variam do tamanho de uma ervilha a vários metros de diâmetro. Embora geralmente associados a tempestades , os relâmpagos bola duram consideravelmente mais do que o flash de uma fração de segundo de um raio , e são um fenômeno distinto do incêndio de Santo Elmo .

Alguns relatórios do século 19 descrevem bolas que eventualmente explodem e deixam um odor de enxofre. Descrições de relâmpagos esféricos aparecem em uma variedade de relatos ao longo dos séculos e têm recebido atenção de cientistas . Um espectro óptico do que parece ter sido um evento relâmpago foi publicado em janeiro de 2014 e incluiu um vídeo com alta taxa de quadros. Experimentos de laboratório produziram efeitos visualmente semelhantes aos relatos de relâmpagos, mas como eles se relacionam com o suposto fenômeno ainda não está claro.

Os cientistas propuseram uma série de hipóteses para explicar os relatos de relâmpagos ao longo dos séculos, mas os dados científicos sobre os relâmpagos continuam escassos. A presunção de sua existência dependeu de relatos de avistamentos públicos, que produziram conclusões inconsistentes. Devido à falta de dados reproduzíveis , a existência de relâmpagos como um fenômeno físico permanece não comprovada.

Relatos históricos

Os relâmpagos têm sido apontados como a possível fonte de lendas que descrevem bolas luminosas, como o mitológico Anchimayen da cultura mapuche argentina e chilena .

De acordo com investigações estatísticas em 1960, os raios de bola foram vistos por 5% da população da Terra. Outro estudo analisou relatórios de 10.000 casos.

Grande tempestade de Widecombe-in-the-Moor

Um dos primeiros relatos sobre a Grande Tempestade em uma igreja em Widecombe-in-the-Moor , Devon, na Inglaterra, em 21 de outubro de 1638. Quatro pessoas morreram e aproximadamente 60 sofreram ferimentos durante uma forte tempestade. Testemunhas descreveram uma bola de fogo de 2,4 m atingindo e entrando na igreja, quase a destruindo. Grandes pedras das paredes da igreja foram lançadas no chão e através de grandes vigas de madeira. A bola de fogo supostamente quebrou os bancos e muitas janelas, e encheu a igreja com um odor fétido de enxofre e fumaça escura e espessa.

A bola de fogo supostamente se dividiu em dois segmentos, um saindo por uma janela ao quebrá-la, o outro desaparecendo em algum lugar dentro da igreja. Por causa do fogo e do cheiro de enxofre, os contemporâneos explicaram a bola de fogo como "o diabo" ou como as "chamas do inferno". Mais tarde, alguns atribuíram todo o incidente a duas pessoas que jogavam cartas nos bancos durante o sermão, incorrendo assim na ira de Deus.

O saveiro Catherine e Mary

Em dezembro de 1726, vários jornais britânicos publicaram um trecho de uma carta de John Howell do saveiro Catherine e Mary :

Enquanto caminhávamos pelo Golfo da Flórida em 29 de agosto, uma grande bola de fogo caiu do Elemento e partiu nosso mastro em Dez Mil Peças, se fosse possível; dividir nossa viga principal, também três pranchas da lateral, debaixo d'água e três do convés; matou um homem, outro teve sua mão carregada de [ sic ], e não fosse pelas chuvas violentas, nossas velas teriam sido de uma explosão de fogo.

HMS Montague

Um exemplo particularmente grande foi relatado "sob a autoridade do Dr. Gregory" em 1749:

O almirante Chambers a bordo do Montague , em 4 de novembro de 1749, estava fazendo uma observação pouco antes do meio-dia ... ele observou uma grande bola de fogo azul a cerca de cinco quilômetros de distância deles. Eles baixaram imediatamente as velas superiores, mas ela subiu tão rápido sobre eles que, antes que pudessem levantar a amura principal, observaram a bola subir quase perpendicularmente, e não acima de quarenta ou cinquenta jardas [35 ou 45 m] das correntes principais quando disparou com uma explosão, tão forte como se cem canhões tivessem sido disparados ao mesmo tempo, deixando atrás de si um forte cheiro de enxofre. Com esta explosão, o mastro principal foi quebrado em pedaços e o mastro principal desceu até a quilha. Cinco homens foram derrubados e um deles muito machucado. Pouco antes da explosão, a bola parecia ser do tamanho de uma grande pedra de moinho.

Georg Richmann

Um relatório de 1753 relata relâmpagos letais quando o professor Georg Richmann, de São Petersburgo , Rússia, construiu um aparelho de empinar pipas semelhante à proposta de Benjamin Franklin um ano antes. Richmann estava participando de uma reunião da Academia de Ciências quando ouviu um trovão e correu para casa com seu gravador para registrar o evento para a posteridade. Enquanto o experimento estava em andamento, um raio bola apareceu, desceu pela corda, atingiu a testa de Richmann e o matou. A bola havia deixado uma mancha vermelha na testa de Richmann, seus sapatos estavam abertos e sua roupa estava chamuscada. Seu gravador ficou inconsciente. A moldura da porta do quarto foi rachada e a porta foi arrancada de suas dobradiças.

HMS Warren Hastings

Um jornal inglês relatou que durante uma tempestade em 1809, três "bolas de fogo" apareceram e "atacaram" o navio britânico HMS Warren Hastings . A tripulação viu uma bola descer, matando um homem no convés e incendiando o mastro principal. Um tripulante saiu para resgatar o corpo caído e foi atingido por uma segunda bola, que o jogou para trás e o deixou com leves queimaduras. Um terceiro homem foi morto pelo contato com a terceira bola. Os membros da tripulação relataram um cheiro de enxofre persistente e nauseante depois.

Ebenezer Cobham Brewer

Ebenezer Cobham Brewer , em sua edição norte-americana de 1864 de Um Guia para o Conhecimento Científico das Coisas Familiares , discute "relâmpagos globulares". Ele o descreve como bolas de fogo que se movem lentamente ou gás explosivo que às vezes caem na terra ou correm pelo solo durante uma tempestade. Ele disse que as bolas às vezes se dividem em bolas menores e podem explodir "como um canhão ".

Wilfrid de Fonvielle

Em seu livro Thunder and Lightning , traduzido para o inglês em 1875, o escritor científico francês Wilfrid de Fonvielle escreveu que houve cerca de 150 relatos de relâmpagos globulares:

Os relâmpagos globulares parecem ser particularmente atraídos por metais; assim, ele procurará as grades das sacadas, ou então os canos de água ou gás etc. Não tem nenhuma tonalidade peculiar, mas aparecerá em qualquer cor, conforme o caso ... em Coethen, no Ducado de Anhalt, parecia verde. M. Colon, Vice-Presidente da Sociedade Geológica de Paris, viu uma bola de relâmpago descer lentamente do céu ao longo da casca de um choupo; assim que tocou a terra, saltou para cima e desapareceu sem explodir. No dia 10 de setembro de 1845 uma bola de relâmpago entrou na cozinha de uma casa na aldeia de Salagnac no vale de Correze . Esta bola rolou sem fazer mal a duas mulheres e a um jovem que aqui estavam; mas, ao entrar em um estábulo vizinho, explodiu e matou um porco que por acaso estava encerrado ali e que, nada sabendo das maravilhas dos trovões e dos relâmpagos, ousou cheirá-lo da maneira mais rude e inconveniente. O movimento dessas bolas está longe de ser muito rápido - observaram-se até que ocasionalmente pararam em seu curso, mas não são menos destrutivas por tudo isso. Uma bola de relâmpago que entrou na igreja de Stralsund, ao explodir, projetou uma série de bolas que explodiram por sua vez como conchas.

Czar Nicolau II

O czar Nicolau II , o último imperador da Rússia, relatou ter testemunhado o que chamou de "bola de fogo" enquanto estava na companhia de seu avô, o imperador Alexandre II :

Uma vez meus pais estavam fora e eu estava na vigília noturna com meu avô na pequena igreja em Alexandria . Durante o culto, houve uma forte tempestade, raios de luz brilharam um após o outro, e parecia que o estrondo de um trovão abalaria até a igreja e o mundo inteiro em seus alicerces. De repente, ficou bastante escuro, uma rajada de vento vindo da porta aberta apagou a chama das velas que foram acesas na frente da iconostase , houve um longo estrondo de trovão, mais alto do que antes, e de repente vi uma bola de fogo voando da janela direto para a cabeça do imperador. A bola (era de um raio) girou pelo chão, passou pelo lustre e voou pela porta para o parque. Meu coração congelou, olhei para meu avô - seu rosto estava completamente calmo. Ele se benzeu com a mesma calma com que fez quando a bola de fogo voou perto de nós, e eu senti que era impróprio e não corajoso ficar assustado como eu estava. Senti que bastava olhar o que estava acontecendo e acreditar na misericórdia de Deus, como ele, meu avô, fazia. Depois que a bola passou por toda a igreja e, de repente, saiu pela porta, olhei novamente para meu avô. Um leve sorriso estava em seu rosto e ele acenou com a cabeça para mim. Meu pânico desapareceu e, a partir daquele momento, não tive mais medo de tempestades.

Aleister Crowley

O ocultista britânico Aleister Crowley relatou ter testemunhado o que ele chamou de "eletricidade globular" durante uma tempestade no Lago Pasquaney em New Hampshire , Estados Unidos, em 1916. Ele foi abrigado em uma pequena cabana quando, em suas próprias palavras,

... percebi, com o que só posso descrever como um assombro calmo, que um globo deslumbrante de fogo elétrico, aparentemente entre seis e doze polegadas [15 e 30 cm] de diâmetro, estava estacionário cerca de seis polegadas [15 cm] abaixo e para o direito do meu joelho direito. Quando olhei para ele, ele explodiu com um estampido agudo impossível de confundir com a turbulência contínua dos relâmpagos, trovões e granizo, ou da água açoitada e madeira quebrada que estava criando um pandemônio fora da cabana. Senti um leve choque no meio da minha mão direita, que estava mais perto do globo do que qualquer outra parte do meu corpo.

RC Jennison

Jennison, do Laboratório de Eletrônica da Universidade de Kent , descreveu sua própria observação de relâmpagos em um artigo publicado na Nature em 1969:

Eu estava sentado perto da frente da cabine de passageiros de um avião totalmente metálico (Eastern Airlines, vôo EA 539) em um vôo noturno de Nova York a Washington. A aeronave encontrou uma tempestade elétrica durante a qual foi envolvida por uma descarga elétrica repentina e forte (0005 h EST, 19 de março de 1963). Alguns segundos depois, uma esfera brilhante com um pouco mais de 20 cm [8 polegadas] de diâmetro emergiu da cabine do piloto e passou pelo corredor da aeronave a aproximadamente 50 cm [20 polegadas] de mim, mantendo a mesma altura e curso para o toda a distância em que pode ser observada.

Outras contas

Relâmpago bola entrando pela chaminé (1886)
  • Willy Ley discutiu um avistamento em Paris em 5 de julho de 1852 "para o qual declarações juramentadas foram arquivadas na Academia Francesa de Ciências ". Durante uma tempestade, um alfaiate que morava ao lado da Igreja de Val-de-Grâce viu uma bola do tamanho de uma cabeça humana sair da lareira. Voou pela sala, voltou a entrar na lareira, explodiu e destruiu o topo da chaminé.
  • Em 30 de abril de 1877, uma bola de relâmpago entrou no Templo Dourado em Amritsar , Índia, e saiu por uma porta lateral. Várias pessoas observaram a bola, e o incidente está inscrito na parede frontal do Darshani Deodhi.
  • Em 22 de novembro de 1894, um caso incomumente prolongado de relâmpago natural ocorreu em Golden, Colorado , o que sugere que ele poderia ser artificialmente induzido da atmosfera. O jornal Golden Globe relatou:

Um fenômeno bonito, porém estranho, foi visto nesta cidade na noite de segunda-feira passada. O vento estava forte e o ar parecia estar cheio de eletricidade. Em frente, acima e ao redor do novo Salão de Engenharia da Escola de Minas , bolas de fogo jogaram pega-pega por meia hora, para espanto e espanto de todos que viram a mostra. Neste edifício estão situados os dínamos e o aparato elétrico de talvez a melhor usina elétrica de seu tamanho no estado. Provavelmente houve uma delegação visitante das nuvens, aos cativos dos dínamos na noite de segunda-feira passada, e eles certamente tiveram uma bela visita e um jogo de brincadeira de brincadeira.

  • Em 22 de maio de 1901, na cidade cazaque de Ouralsk, no Império Russo (agora Oral, Cazaquistão), "uma bola de fogo deslumbrantemente brilhante" desceu gradualmente do céu durante uma tempestade e entrou em uma casa onde 21 pessoas se refugiaram, “arrasou o apartamento, arrombou a parede e bateu num fogão da sala contígua, quebrou o cano do fogão e carregou-o com tanta violência que ele se espatifou na parede oposta e saiu pela janela quebrada”. O incidente foi relatado no Bulletin de la Société astronomique de France no ano seguinte.
  • Em julho de 1907, um raio atingiu o Farol do Cabo Naturaliste, na Austrália Ocidental. O guardião do farol, Patrick Baird, estava na torre no momento e ficou inconsciente. Sua filha Ethel registrou o evento.
  • Ley discutiu outro incidente em Bischofswerda , Alemanha. Em 29 de abril de 1925, várias testemunhas viram uma bola silenciosa pousar perto de um carteiro, mover-se ao longo de uma linha telefônica até uma escola, derrubar um professor usando um telefone e fazer buracos perfeitamente redondos do tamanho de uma moeda através de uma vidraça. 210 m (700 pés) de fio foram derretidos, vários postes de telefone foram danificados, um cabo subterrâneo foi quebrado e vários trabalhadores foram jogados ao chão, mas ilesos.
  • Uma das primeiras referências ficcionais aos raios de bola aparece em um livro infantil ambientado no século 19 por Laura Ingalls Wilder . Os livros são considerados ficção histórica, mas a autora sempre insistiu que eram descritivos de eventos reais em sua vida. Na descrição de Wilder, três bolas diferentes de relâmpago aparecem durante uma nevasca de inverno perto de um fogão de ferro fundido na cozinha da família. Eles são descritos como aparecendo perto da chaminé, rolando pelo chão, apenas para desaparecer quando a mãe ( Caroline Ingalls ) os persegue com uma vassoura de galho de salgueiro.
  • Os pilotos na Segunda Guerra Mundial (1939–1945) descreveram um fenômeno incomum para o qual o raio bola foi sugerido como uma explicação. Os pilotos viram pequenas bolas de luz movendo-se em trajetórias estranhas, que passaram a ser chamadas de foo fighters .
  • Os submarinistas da Segunda Guerra Mundial deram os relatos mais frequentes e consistentes de pequenos relâmpagos na atmosfera confinada do submarino. Existem relatos repetidos de produção inadvertida de bolas explosivas flutuantes quando os bancos de baterias foram ligados ou desligados, especialmente se comutados incorretamente ou quando os motores elétricos altamente indutivos foram mal conectados ou desconectados. Uma tentativa posterior de duplicar essas bolas com uma bateria de submarinos excedente resultou em várias falhas e uma explosão.
  • Em 6 de agosto de 1944, uma bola de relâmpago passou por uma janela fechada em Uppsala , Suécia, deixando um buraco circular de cerca de 5 cm (2 polegadas) de diâmetro. O incidente foi testemunhado por residentes na área e foi registrado por um sistema de rastreamento de relâmpagos na Divisão de Eletricidade e Pesquisa de Relâmpagos da Universidade de Uppsala .
  • Em 2005, ocorreu um incidente em Guernsey, onde um aparente relâmpago em uma aeronave levou a vários avistamentos de bolas de fogo no solo.
  • Em 10 de julho de 2011, durante uma forte tempestade, uma bola de luz com uma cauda de dois metros (6 pés 7 pol.) Passou por uma janela da sala de controle dos serviços de emergência locais em Liberec, na República Tcheca. A bola quicou da janela para o teto, depois para o chão e para as costas, onde rolou por dois ou três metros. Em seguida, caiu no chão e desapareceu. Os funcionários presentes na sala de controle ficaram assustados, sentiram o cheiro de eletricidade e cabos queimados e pensaram que algo estava queimando. Os computadores congelaram (não travaram) e todos os equipamentos de comunicação foram desligados durante a noite até serem restaurados pelos técnicos. Além dos danos causados ​​pela interrupção do equipamento, apenas um monitor do computador foi destruído.
  • Em 15 de dezembro de 2014, o voo BE-6780 (Saab 2000) no Reino Unido sofreu um raio bola na cabine dianteira, pouco antes de um raio atingir o nariz da aeronave.

Características

As descrições de raios esféricos variam amplamente. Foi descrito como movendo-se para cima e para baixo, lateralmente ou em trajetórias imprevisíveis, pairando e movendo-se com ou contra o vento; atraído, não afetado ou repelido por edifícios, pessoas, carros e outros objetos. Alguns relatos o descrevem como se movendo através de massas sólidas de madeira ou metal sem efeito, enquanto outros o descrevem como destrutivo e derretendo ou queimando essas substâncias. Sua aparência também foi associada a linhas de energia , altitudes de 300 m (1.000 pés) e superiores, e durante tempestades e tempo calmo. O relâmpago bola foi descrito como transparente , translúcido , multicolorido, uniformemente iluminado, irradiando chamas, filamentos ou faíscas, com formas que variam entre esferas, ovais, lágrimas, hastes ou discos.

O relâmpago bola é frequentemente identificado erroneamente como o fogo de Santo Elmo . Eles são fenômenos separados e distintos.

Foi relatado que as bolas se dispersam de muitas maneiras diferentes, como desaparecendo repentinamente, dissipando-se gradualmente, sendo absorvidas por um objeto, "estourando", explodindo ruidosamente ou mesmo explodindo com força, o que às vezes é relatado como prejudicial. Os relatos também variam quanto ao suposto perigo para os humanos, de letal a inofensivo.

Uma revisão da literatura disponível publicada em 1972 identificou as propriedades de um relâmpago bola "típico", enquanto alertava contra a dependência excessiva de relatos de testemunhas oculares:

  • Eles frequentemente aparecem quase simultaneamente com a descarga de um raio nuvem-solo
  • Eles são geralmente esféricos ou em forma de pêra com bordas difusas
  • Seus diâmetros variam de 1–100 cm (0,4–40 polegadas), mais comumente 10–20 cm (4–8 polegadas)
  • Seu brilho corresponde aproximadamente ao de uma lâmpada doméstica, então eles podem ser vistos claramente à luz do dia
  • Uma ampla gama de cores foi observada, vermelho, laranja e amarelo sendo as mais comuns
  • O tempo de vida de cada evento é de um segundo a mais de um minuto com o brilho permanecendo razoavelmente constante durante esse tempo
  • Eles tendem a se mover a alguns metros por segundo, na maioria das vezes na direção horizontal, mas também podem se mover verticalmente, permanecer estacionários ou vagar erraticamente
  • Muitos são descritos como tendo movimento rotacional
  • É raro que observadores relatem a sensação de calor, embora em alguns casos o desaparecimento da bola seja acompanhado pela liberação de calor
  • Alguns exibem afinidade por objetos de metal e podem se mover ao longo de condutores como fios ou cercas de metal
  • Alguns aparecem dentro de edifícios, passando por portas e janelas fechadas
  • Alguns apareceram dentro de aeronaves de metal e entraram e saíram sem causar danos
  • O desaparecimento de uma bola é geralmente rápido e pode ser silencioso ou explosivo
  • Odores semelhantes a ozônio , enxofre ardente ou óxidos de nitrogênio são frequentemente relatados

Medições diretas de relâmpagos naturais

Espectro de emissão de raios esféricos
O espectro de emissão (intensidade vs. comprimento de onda) de um relâmpago de bola natural

Em janeiro de 2014, cientistas da Northwest Normal University em Lanzhou , China , publicaram os resultados das gravações feitas em julho de 2012 do espectro óptico do que se pensava ser um relâmpago de bola natural feito por acaso durante o estudo de relâmpagos comuns no solo da nuvem no Platô tibetano . A uma distância de 900 m (3.000 pés), foi feito um total de 1,64 segundos de vídeo digital do relâmpago esférico e seu espectro, desde a formação do relâmpago esférico após o relâmpago comum atingir o solo, até a decadência óptica de o fenomeno. O vídeo adicional foi gravado por uma câmera de alta velocidade (3000 frames / seg), que capturou apenas os últimos 0,78 segundos do evento, devido à sua capacidade de gravação limitada. Ambas as câmeras foram equipadas com espectrógrafos sem fenda . Os pesquisadores detectaram linhas de emissão de silício atômico neutro , cálcio , ferro , nitrogênio e oxigênio - em contraste com linhas de emissão de nitrogênio principalmente ionizado no espectro do relâmpago original. O raio bola viajou horizontalmente através do quadro de vídeo a uma velocidade média equivalente a 8,6 m / s (28 pés / s). Ele tinha um diâmetro de 5 m (16 pés) e cobria uma distância de cerca de 15 m (49 pés) dentro desses 1,64 s.

Foram observadas oscilações na intensidade da luz e na emissão de oxigênio e nitrogênio na frequência de 100 hertz , possivelmente causadas pelo campo eletromagnético da linha de transmissão de alta tensão de 50 Hz nas proximidades. A partir do espectro, a temperatura do relâmpago bola foi avaliada como sendo inferior à temperatura do relâmpago pai (<15.000 a 30.000 K). Os dados observados são consistentes com a vaporização do solo, bem como com a sensibilidade do raio bola a campos elétricos .

Experimentos de laboratório

Os cientistas há muito tentam produzir relâmpagos bola em experimentos de laboratório. Embora alguns experimentos tenham produzido efeitos visualmente semelhantes aos relatos de relâmpagos naturais, ainda não foi determinado se existe alguma relação.

Nikola Tesla supostamente poderia produzir bolas de 1,5 polegadas (3,8 cm) artificialmente e conduziu algumas demonstrações de sua habilidade, mas ele estava realmente interessado em tensões e potências mais altas e transmissão remota de energia, então as bolas que ele fez eram apenas uma curiosidade.

O International Committee on Ball Lightning (ICBL) organizou simpósios regulares sobre o assunto. Um grupo relacionado usa o nome genérico "Plasmas não convencionais". O último simpósio da ICBL foi provisoriamente agendado para julho de 2012 em San Marcos, Texas, mas foi cancelado devido à falta de resumos enviados.

Microondas guiadas por ondas

Ohtsuki e Ofuruton descreveram a produção de "bolas de fogo de plasma" por interferência de micro-ondas dentro de uma cavidade cilíndrica cheia de ar alimentada por um guia de ondas retangular usando um oscilador de micro-ondas de 2,45 GHz e 5 kW (potência máxima).

Uma demonstração do experimento de descarga de água

Experimentos de descarga de água

Alguns grupos científicos, incluindo o Instituto Max Planck , supostamente produziram um efeito do tipo bola-relâmpago ao descarregar um capacitor de alta tensão em um tanque de água.

Experimentos caseiros com forno de micro-ondas

Muitos experimentos modernos envolvem o uso de um forno de micro - ondas para produzir pequenas bolas brilhantes ascendentes, freqüentemente chamadas de bolas de plasma . Geralmente, os experimentos são conduzidos colocando um fósforo aceso ou recentemente apagado ou outro objeto pequeno em um forno de micro-ondas. A parte queimada do objeto se transforma em uma grande bola de fogo, enquanto "bolas de plasma" flutuam perto do teto da câmara do forno. Alguns experimentos descrevem cobrir o fósforo com uma jarra de vidro invertida, que contém a chama e as bolas para que não danifiquem as paredes da câmara. (Uma jarra de vidro, no entanto, eventualmente explode em vez de simplesmente causar tinta carbonizada ou metal derretido, como acontece com o interior de um micro-ondas.) Experimentos de Eli Jerby e Vladimir Dikhtyar em Israel revelaram que bolas de plasma de micro-ondas são feitas de nanopartículas com um raio médio de 25  nm (9,8 x 10 -7 polegadas). A equipe israelense demonstrou o fenômeno com cobre, sais, água e carbono.

Experimentos de silício

Os experimentos em 2007 envolveram o choque de wafers de silício com eletricidade, o que vaporiza o silício e induz a oxidação nos vapores. O efeito visual pode ser descrito como pequenas esferas brilhantes e cintilantes que rolam em torno de uma superfície. Dois cientistas brasileiros, Antonio Pavão e Gerson Paiva, da Universidade Federal de Pernambuco, têm feito consistentemente pequenas bolas de longa duração usando esse método. Esses experimentos se originaram da teoria de que os relâmpagos são, na verdade, vapores de silício oxidados (veja a hipótese do silício vaporizado , abaixo) .

Explicações científicas propostas

No momento, não existe uma explicação amplamente aceita para o relâmpago. Várias hipóteses foram propostas desde que o fenômeno foi trazido para o reino científico pelo médico inglês e pesquisador elétrico William Snow Harris em 1843, e pelo cientista da Academia Francesa François Arago em 1855.

Hipótese de silício vaporizado

Essa hipótese sugere que o raio bola consiste em silício vaporizado queimando por oxidação. Relâmpagos atingindo o solo da Terra poderiam vaporizar a sílica contida nele e, de alguma forma, separar o oxigênio do dióxido de silício, transformando-o em puro vapor de silício. À medida que esfria, o silício pode se condensar em um aerossol flutuante, ligado por sua carga, brilhando devido ao calor do silício que se recombina com o oxigênio . Uma investigação experimental desse efeito, publicada em 2007, relatou a produção de "bolas luminosas com vida útil da ordem de segundos" por meio da evaporação do silício puro com um arco elétrico. Vídeos e espectrógrafos deste experimento foram disponibilizados. Essa hipótese obteve dados de suporte significativos em 2014, quando os primeiros espectros de relâmpagos naturais registrados foram publicados. As formas teorizadas de armazenamento de silício no solo incluem nanopartículas de Si, SiO e SiC . Matthew Francis apelidou isso de "hipótese do torrão de terra", em que o espectro do relâmpago bola mostra que ele compartilha a química com o solo.

Modelo de núcleo sólido eletricamente carregado

Neste modelo, supõe-se que o raio esférico tenha um núcleo sólido com carga positiva. De acordo com essa suposição subjacente, o núcleo é cercado por uma fina camada de elétrons com uma carga quase igual em magnitude à do núcleo. Existe um vácuo entre o núcleo e a camada de elétrons contendo um campo eletromagnético (EM) intenso , que é refletido e guiado pela camada de elétrons. O campo EM de microondas aplica uma força ponderomotriz (pressão de radiação) aos elétrons, evitando que eles caiam no núcleo.

Hipótese de cavidade de microondas

Pyotr Kapitsa propôs que o relâmpago bola é uma descarga luminosa impulsionada por radiação de microondas que é guiada para a bola ao longo de linhas de ar ionizado de nuvens de relâmpago onde é produzido. A bola serve como uma cavidade ressonante de micro-ondas, ajustando automaticamente seu raio ao comprimento de onda da radiação de micro-ondas para que a ressonância seja mantida.

A teoria de Handel Maser-Soliton de raios esféricos levanta a hipótese de que a fonte de energia que os gerou é uma radiação atmosférica grande (vários quilômetros cúbicos) . O raio esférico aparece como um cavitão de plasma no plano antinodal da radiação de microondas do maser.

Em 2017, pesquisadores da Universidade de Zhejiang em Hangzhou, China, propuseram que o brilho das bolas de luz fosse criado quando as microondas ficam presas dentro de uma bolha de plasma. Na ponta de um raio que atinge o solo, um feixe de elétrons relativístico pode ser produzido quando em contato com a radiação de microondas. Este último ioniza o ar local e a pressão de radiação evacua o plasma resultante, formando uma bolha de plasma esférica que captura a radiação de forma estável. Microondas presas dentro da bola continuam a gerar plasma por um momento para manter os flashes brilhantes descritos nos relatos dos observadores. A bola eventualmente desaparece conforme a radiação contida dentro da bolha começa a se decompor e as microondas são descarregadas da esfera. As bolas de raio podem explodir dramaticamente enquanto a estrutura se desestabiliza. A teoria poderia explicar muitas das estranhas características dos relâmpagos. Por exemplo, as microondas são capazes de passar pelo vidro, o que ajuda a explicar por que as bolas podem ser formadas dentro de casa.

Hipótese de Soliton

Artigos principais: Soliton e o fogo de Santo Elmo

Julio Rubinstein, David Finkelstein e James R. Powell propuseram que o relâmpago bola é um incêndio destacado de Santo Elmo (1964-1970). O fogo de Santo Elmo surge quando um condutor afiado, como o mastro de um navio, amplifica o campo elétrico atmosférico para quebrar. Para um globo, o fator de amplificação é 3. Uma bola livre de ar ionizado pode amplificar o campo ambiente por sua própria condutividade. Quando isso mantém a ionização, a bola passa a ser um sótão no fluxo de eletricidade atmosférica.

O cálculo da teoria cinética de Powell descobriu que o tamanho da bola é definido pelo segundo coeficiente de Townsend (o caminho livre médio dos elétrons de condução) próximo ao colapso. Descobriu-se que as descargas luminosas errantes ocorrem dentro de certos fornos de microondas industriais e continuam a brilhar por vários segundos depois que a energia é desligada. Arcos desenhados a partir de geradores de micro-ondas de alta potência e baixa voltagem também exibem pós-luminescência. Powell mediu seus espectros e descobriu que o brilho residual vem principalmente de íons NO metaestáveis , que têm vida longa em baixas temperaturas. Ocorreu no ar e no óxido nitroso, que possuem tais íons metaestáveis, e não em atmosferas de argônio, dióxido de carbono ou hélio, que não os possuem.

O modelo soliton de um relâmpago esférico foi posteriormente desenvolvido. Foi sugerido que um relâmpago bola é baseado em oscilações não lineares esféricas simétricas de partículas carregadas no plasma - o análogo de um soliton espacial de Langmuir. Essas oscilações foram descritas nas abordagens clássica e quântica. Verificou-se que as oscilações mais intensas do plasma ocorrem nas regiões centrais de um raio bola. É sugerido que estados ligados de partículas carregadas oscilantes radialmente com spins orientados opostamente - o análogo dos pares de Cooper - podem aparecer dentro de uma bola de relâmpago. Esse fenômeno, por sua vez, pode levar a uma fase supercondutora em um raio bola. A ideia da supercondutividade em um raio esférico foi considerada anteriormente. A possibilidade da existência de um raio esférico com núcleo composto também foi discutida neste modelo.

Antissimetria de anel de vórtice hidrodinâmico

Uma teoria que pode ser responsável pelo amplo espectro de evidências observacionais é a ideia da combustão dentro da região de baixa velocidade da quebra do vórtice esférico de um vórtice natural (por exemplo, o ' vórtice esférico de Hill ').

Hipótese de nanobateria

Oleg Meshcheryakov sugere que os relâmpagos são feitos de partículas nanométricas ou submicrométricas compostas - cada partícula constituindo uma bateria . Uma descarga superficial causa curto nessas baterias, causando uma corrente que forma a bola. Seu modelo é descrito como um modelo de aerossol que explica todas as propriedades observáveis ​​e processos de relâmpagos.

Hipótese de plasma flutuante

O relatório desclassificado do Projeto Condign conclui que formações de plasma carregadas flutuantes semelhantes a relâmpagos de bola são formadas por novos fenômenos físicos, elétricos e magnéticos, e que esses plasmas carregados são capazes de ser transportados a velocidades enormes sob a influência e equilíbrio de cargas elétricas no atmosfera. Esses plasmas parecem se originar devido a mais de um conjunto de condições climáticas e eletricamente carregadas, cujo fundamento científico é incompleto ou não totalmente compreendido. Uma sugestão é que meteoros se rompendo na atmosfera e formando plasmas carregados, em vez de queimar completamente ou impactar como meteoritos, podem explicar alguns casos dos fenômenos, além de outros eventos atmosféricos desconhecidos.

Estimulação magnética transcraniana

Cooray e Cooray (2008) afirmaram que as características das alucinações experimentadas por pacientes com crises epilépticas no lobo occipital são semelhantes às características observadas em relâmpagos. O estudo também mostrou que o campo magnético que muda rapidamente de um relâmpago próximo é forte o suficiente para excitar os neurônios no cérebro. Isso fortalece a possibilidade de convulsão induzida por raios no lobo occipital de uma pessoa próxima a um raio, estabelecendo a conexão entre alucinação epiléptica que imita raios em bola e tempestades.

Pesquisas mais recentes com estimulação magnética transcraniana mostraram dar os mesmos resultados de alucinação em laboratório (denominados magnetofosfenos ), e essas condições mostraram ocorrer na natureza perto de quedas de raios. Esta hipótese falha em explicar os danos físicos observados causados ​​por relâmpagos ou observação simultânea por várias testemunhas. (No mínimo, as observações seriam substancialmente diferentes.)

Cálculos teóricos de pesquisadores da Universidade de Innsbruck sugerem que os campos magnéticos envolvidos em certos tipos de relâmpagos podem potencialmente induzir alucinações visuais semelhantes a raios de bola. Esses campos, que são encontrados a distâncias curtas a um ponto em que vários relâmpagos ocorreram durante alguns segundos, podem fazer com que os neurônios no córtex visual disparem, resultando em magnetofosfenos (alucinações visuais induzidas magneticamente).

Conceito de matéria Rydberg

Manykin et al. sugeriram a matéria Rydberg atmosférica como uma explicação para o fenômeno dos relâmpagos. A matéria de Rydberg é uma forma condensada de átomos altamente excitados em muitos aspectos semelhantes a gotículas de elétron-buraco em semicondutores. No entanto, em contraste com as gotículas do buraco do elétron, a matéria de Rydberg tem uma vida útil prolongada - até horas. Este estado excitado condensado da matéria é apoiado por experimentos, principalmente de um grupo liderado por Holmlid. É semelhante a um estado líquido ou sólido da matéria com densidade extremamente baixa (semelhante a gás). Pedaços de matéria Rydberg atmosférica podem resultar da condensação de átomos altamente excitados que se formam por fenômenos elétricos atmosféricos, principalmente devido a raios lineares. A decomposição estimulada das nuvens de matéria Rydberg pode, entretanto, assumir a forma de uma avalanche e, assim, aparecer como uma explosão.

Hipótese de vácuo

Nikola Tesla (1899 dezembro) teorizou que as bolas consistem em gás altamente rarefeito (mas quente).

Outras hipóteses

Várias outras hipóteses foram propostas para explicar o relâmpago bola:

  • Hipótese do dipolo elétrico giratório . Um artigo de 1976 de VG Endean postulou que o relâmpago pode ser descrito como um vetor de campo elétrico girando na região de frequência de micro - ondas .
  • Modelos de jarras eletrostáticas de Leyden. Stanley Singer discutiu (1971) este tipo de hipótese e sugeriu que o tempo de recombinação elétrica seria muito curto para os tempos de vida de relâmpagos de bola frequentemente relatados.
  • Smirnov propôs (1987) uma hipótese fractal do aerogel .
  • MI Zelikin propôs (2006) uma explicação (com uma base matemática rigorosa) baseada na hipótese da supercondutividade do plasma (ver também).
  • HC Wu propôs (2016) que o relâmpago em forma de bola surge quando um "feixe de elétrons relativístico" se formando na ponta de um raio excita "intensa radiação de microondas" sob certas condições. À medida que as microondas ionizam o ar circundante, sua pressão associada pode então evacuar o plasma resultante para formar uma bolha que "captura a radiação de forma estável".
  • A. Meessen apresentou uma teoria no 10º Simpósio Internacional de Relâmpagos Esféricos (21–27 de junho de 2010, Kaliningrado, Rússia) explicando todas as propriedades conhecidas dos Relâmpagos Esféricos em termos de oscilações coletivas de elétrons livres. O caso mais simples corresponde a oscilações radiais em uma membrana plasmática esférica. Essas oscilações são sustentadas por amplificação paramétrica, resultante da "inalação" regular de partículas carregadas que estão presentes em densidades mais baixas no ar ambiente. O raio bola desaparece por extinção silenciosa quando a densidade disponível de partículas carregadas é muito baixa, enquanto ele desaparece com uma explosão alta e às vezes muito violenta quando essa densidade é muito alta. As oscilações eletrônicas também são possíveis como ondas estacionárias em uma bola de plasma ou membrana plasmática espessa. Isso produz bolhas luminosas concêntricas.

Veja também

Referências

Leitura adicional