Zvětšit obrázek

Setkání s kulovým bleskem v 19. století. (Kredit: Wikimedia Commons)

Říká se, že štěstí přeje připraveným. Výzkumníci z Northwest Normal University z Langzhou v Číně rozhodně připraveni byli.
Večer 23.července 2012 lovili spektra klasických blesků mezi mrakem a zemí na jejich "osvědčeném místě". Ve 21:54:59 pekingského času se však stalo něco, po čem toužila spousta fyziků nejméně jedno století. Před číhajícími přístroji se zjevil ukázkový přírodní kulový blesk. Výsledky prvního záznamu jeho spektra vyšly 17.ledna 2014 v článku autorů Jianyong Cen, Ping Yuan a Simin Xue v časopise Physical Review Letters. A vypadá to, že kulový blesk je skutečně veskrze pozemského původu – doslova.

Zvětšit obrázek

Vytvoření kulového blesku a výřezy z jednotlivých snímků z první desetiny sekundy záznamu jeho spektra. (Northwest Normal University, Lanzhou, Gansu, China, Cen et al., Phys.Rev.Letters, 2014)

Kulový blesk už dlouho dráždí vědce svou nepolapitelností. Objevuje se vzácně, nečekaně a trvá pár sekund. Ve svém životě ho viděl zhruba jeden člověk z tisíce. Ale i když jsou mezi nimi i vědci, nikdo s sebou netahá zapnuté přístroje 24 hodin denně po celý život. I když zvlášť dnes má u sebe fotoaparát nebo kameru kdekdo, záznam nějakým sofistikovanějším přístrojem, ze kterého by se dala vytáhnout data o složení kulového blesku, zatím pořízen nebyl.

Zvětšit obrázek

Detail spektra kulového blesku pořízeného vysokorychlostní kamerou. (Northwest Normal University, Lanzhou, Gansu, China, Cen et al., Phys.Rev.Letters, 2014)

Takový jev povzbuzuje fantazii. Hypotézy o původu kulového blesku sahají od superhustého vzdušného víru přes zmuchlané plazmoidy až po černé minidíry. Různé svítící chuchvalce byly v laboratoři připraveny mnoha způsoby, od soustředěných mikrovln po několik desetin sekundy trvající plazmové víry z výboje nad vodou.

V roce 2000 publikovali John Abrahamson a James Dinniss v časopise Nature hypotézu, že kulový blesk by mohl být živen oxidací silikátových částic vypařených ze země po úderu "obyčejného" blesku. V roce 2007 brazilský chemik Gerson Silva Paiva s kolegy publikovali pozorování několik sekund trvajících koulí vytvořených elektrickým obloukem na křemíkové elektrodě (od té doby to zkoušeli i jiní nadšenci).

Zvětšit obrázek

Úhel natočení kamery už ani dokonalejší být nemohl – akorát na samotný blesk i jeho spektrum. (poloha pozorovacího místa: 37.013473 °N, 101.620080 °E) (Kredit: Northwest Normal University, Lanzhou, Gansu, China, Cen et al., Phys.Rev.Letters, 2014)

A vypadá to, že právě tato hypotéza bude velmi blízko pravdě.
Na záznamu, který ze vzdálenosti 900 metrů pořídili Jianyong Cen s kolegy, je konec úderu obyčejného blesku mezi mrakem a zemí. Ten vytvořil svítící kouli o zdánlivém průměru 5 metrů (vliv kamery, reálná bude mnohem menší), která uletěla asi deset metrů a nastoupala do výšky tří metrů. Výzkumníci získali 1,64s videozáznamu z optického spektrometru připojeného k videokameře a dokonce i 0,78s (od 0,6s po vzniku kulového blesku) záznamu spektra vysokorychlostní (3000fps) černobílou kamerou s lepším rozlišením. Svítící koule byla necelou desetinu sekundy fialovobílá, pak mírně pohasla a přes oranžovou přešla na skoro sekundu do bílé a pak červenavě dohasla.

Narozdíl od spektra "mateřského" blesku, ve kterém září hlavně ionizovaný dusík, ve spektru kulového blesku zářily kromě neutrálního atomárního dusíku a kyslíku také atomární křemík, vápník a železo. Jsou to přesně ty prvky, které by měly dobře zářit při vypaření zeminy, do které blesk udeřil. Na záznamu z vysokorychlostní kamery jsou vidět i oscilace s frekvencí téměř přesně 100Hz – kulový blesk byl zjevně ovlivněn vysokonapěťovým 50Hz vedením vzdáleným od něj asi 20 metrů. Zajímavé je, že ve spektru oscilovaly prakticky jen čáry dusíku a kyslíku s vyšší excitační energií. Jako poslední dohasly spektrální čáry křemíku a železa.

Způsob záznamu spektra sice neumožnil určit přesně teplotu kulového blesku, ale určitě bude výrazně nižší než 15000-30000K v normálním blesku.
Jianyong Cen s kolegy měli stěstí vskutku dvojité. Blesk, který spustil ohnivou kouli, uhodil tak, že na obrazu z videokamery chybělo cca 20pixelů ke kraji, aby samotný kulový blesk nebyl vidět a záznam by byl neúplný.

Video na stránce Physics Zpomalený videozáznam kulového blesku a jeho optického spektra. (Cen et al., APS.org) http://physics.aps.org/articles/v7/5

Video Chlupaté ohníčky vytvořené pomocí křemíku a svářečky. Je tohle zatím nejlepší simulace kulového blesku?

Je kulový blesk definitvně zbaven tajemství? To ještě jistě ne, optické spektrum samo neříká všechno. A kdoví, jako jsme donedávna neměli tušení o stratosférických výbojích ("skřítcích"), kulových blesků stále může být více druhů. Nezbývá než doufat, že pozorování čínských fyziků nažhaví další výzkumníky a jejich pozorování nezůstane ojedinělé nadlouho.

Literatura:
Jianyong Cen, Ping Yuan, Simin Xue, Observation of the Optical and Spectral Characteristics of Ball Lightning, Phys. Rev. Lett. 112, 035001 (2014)
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v112/i3/e035001
Northwest Normal University, Langzhou, China http://www.nwnu.edu.cn/