Lidé jsou od pradávna fascinováni blesky, které se za bouřek klikatí po obloze. Ale když přijde na kulové blesky, které se občas zničehonic zjevují před užaslými pozorovateli, to je úplně jiná liga. Tento přízračný jev se téměř nedá zkoumat. Popisy kulových blesků se navíc výrazně liší, pokud jde o jejich velikost, barvu nebo chování. Kulové blesky dodnes patří k nejpodivnějším záhadám atmosférických věd.
Fyzik Chuliang Zhou a jeho kolegové z Čínské akademie věd dospěli k tomu, že když v podstatě nelze kulový blesk ulovit a prozkoumat v přírodě, mohli bychom se o něm dozvědět více tím, že v laboratoři vytvoříme něco podobného. Opřeli se do toho a jako první řízeně vytvořili makroskopický, dlouhodobě existující soliton, poháněný relativistickými terahertzovými elektromagnetickými poli. Výsledkem je experimentální platforma, která se hodí na výzkum kulových blesků a současně také fyziky optických solitonů a pokročilých mechanismů ukládání energie.
Soliton je v podstatě samostatná vlna, která si zachovává svůj tvar i vnitřní strukturu díky jemné rovnováze fyzikálních sil. Solitony mohou vznikat v plazmatu, vodě, světle a zřejmě i v některých biologických membránách. Obecně se mohou objevit v jakémkoli prostředí, kde se protichůdné fyzikální účinky vyvažují natolik, aby udržely stabilní vlnu.
Stále sice nevíme, co je kulový blesk vlastně zač, ale podle některých teorií jde o určitý druh elektromagnetického solitonu, který zachycuje energii v plazmatu. V experimentu přitom sehrála stěžejní roli wolframová jehla s hrotem o průměru pouhých 100 nanometrů. Vědci na jehlu zamířili ultrakrátký laserový pulz, který vytvořil silnou elektromagnetickou vlnu šířící se podél její délky. Když vlna dorazila ke špičce, její energie se soustředila do mimořádně intenzivního elektrického pole. To vytrhávalo elektrony z atomů v připraveném oblaku argonu a vytvořilo silně zahřátou bublinu ionizovaného argonu čili plazmatu.
Vznikla křehká zářící kulička, která měla zpočátku průměr přibližně 80 mikrometrů. Během následujících 100 nanosekund se kulička zvětšila na několik set mikrometrů. Namísto toho, aby se útvar jednoduše rozptýlil jako běžný oblak horkého plazmatu, si při rozpínání zachovával svou strukturu. Vědci sledovali růst kuličky a analyzovali vlnové délky světla, které vyzařovala při ochlazování. Pozorování následně porovnali s teoretickými modely a počítačovými simulacemi.
Ukázalo se, že rozpínání odpovídá teoretickým předpovědím pro elektromagnetický soliton. Zdá se, že elektromagnetická energie zůstávala uvězněná uvnitř plazmatu a pomáhala udržovat zářící kuličku i během jejího rozpínání. Je fakt, že malá světelná tečka v laboratoři má dost daleko k divokým atmosférickým podmínkám, v nichž bývají kulové blesky pozorovány.
##seznam_reklama##
Zhou a spol. proto zjišťovali, jak by se takový jev mohl chovat ve větším měřítku při působení elektromagnetického záření s nižší frekvencí. Výpočty ukazují, že elektromagnetické solitony vytvářené mikrovlnným zářením namísto terahertzového by teoreticky mohly dosahovat průměru několika metrů a přetrvávat po dobu několika sekund. To už se mnohem více blíží některým svědectvím o chování tajemných kulových blesků. Určitě to ještě není definitivní řešení záhady, ale fyzici atmosférických jevů mají o čem přemýšlet.
Video: What Actually is Ball Lightning?
Video: ‘Incredible video’ captured during Alberta storm could be rare ball lightning event: scientist
Literatura