Focul Sfântului Elmo este o strălucire albastră persistentă care apare ocazional în apropierea obiectelor punctuale în timpul furtunilor. Numele este ceva nepotrivit, întrucât fenomenul electric are mai multe în comun cu fulgerele sau luminile nordice decât cu flacăra.
Căpitanii mărilor și cerului cunosc cel mai bine focul Sfântului Elm, întrucât lumina eterică a fost văzută de mult timp agățându-se de catargurile corăbiei și mai recent de aripile avioanelor. Marinarii au remarcat spectacolul de mii de ani, dar numai în ultimul secol și jumătate oamenii de știință au aflat suficient despre structura materiei pentru a înțelege de ce are loc fenomenul. Nu zeii sau sfinții aprind focul enigmatic, ci una dintre cele cinci stări ale materiei: plasma.
Rapoartele de lumini albastre strălucind slab de la platformele navelor datează din antichitate, când grecii și romanii au interpretat vederea ca fiind vizitări ale gemenilor semilodici Castor și Pollux. Considerați salvatori ai celor aflați în pericol, apariția gemenilor ar fi venit ca un semn de speranță pentru marinarii care privesc o furtună.
Ulterior, fenomenul și-a obținut numele modern de la Sf. Erasmus sau St. Elmo pentru scurt, care a trăit în secolul al III-lea. Sf. Elmo și-a câștigat faima ca patron al marinarilor și al suferințelor intestinale, după ce se presupune că a fost ucis prin debarcare. Marinarii s-au rugat în el în momente de suferință și au continuat să interpreteze strălucirea focului Sfântului Elmă dansând și șuierând pe vârfurile bărcilor lor ca un om favorabil.
Ce provoacă focul Sfântului Elm?
O înțelegere științifică a focului Sf. Elmo a devenit posibilă numai după ce chimistul și fizicianul britanic William Crookes au produs ceea ce el a numit „materie radiantă” prin lucrarea sa cu tuburi vidate în 1879. Descoperirea electronului a venit două decenii mai târziu, dezvăluind că lumea era format din atomi mai mult decât neutri. Aflarea că atomii conțineau particule mai mici, încărcate, s-au dovedit esențiale pentru a înțelege de ce strălucește materia lui Crookes, lansând întregul nou câmp al fizicii plasmatice.
Plasma apare atunci când excesul de energie rupe atomii într-un gaz neutru pentru a crea un gaz încărcat. O modalitate de a crea plasma este cu căldura. De exemplu, încălzirea gheții solide sparge cristalele moleculare în apă lichidă, iar apa lichidă care fierbe eliberează molecule de apă pentru a se ridica sub formă de vapori gazoși. Continuați să aruncați energia în vapori (încălzind-o peste 21.000 de grade Fahrenheit, sau de 12.000 de grade Celsius, de exemplu), iar atomii din moleculele de apă se înrăutățesc, pierzându-și electronii și devenind ioni încărcați. Acest punct reprezintă trecerea de la un gaz, un nor de particule neutre, la o plasmă, un nor care conține multe particule încărcate.
Electricitatea poate rupe moleculele de gaz și poate face o plasmă mai ușor decât cea termică, care este cheia focului Sf. Elmo. În timpul unei furtuni, frecarea acumulează electroni suplimentari în anumite părți ale norilor, generând câmpuri electrice puternice care ajung la sol. Un câmp suficient de puternic poate teoretic descompune aerul într-o plasmă oriunde, dar, în practică, punctele ascuțite (cum ar fi catargul unei nave) tind să concentreze câmpul, dezbrăcând electroni de atomi pentru a lăsa în urmă ioni încărcați în număr deosebit de mare aproape aproape ascuțit locuri.
Odată ce aerul din jurul unui catarg s-a transformat parțial într-o plasmă, focul Sf. Elmo strălucește printr-un proces numit descărcare de coroană. Pe măsură ce câmpul electric prinde electroni în jurul lor, se lovesc în particule neutre și agită acele particule neutre într-o stare mai energică.
Imaginați-vă „niște bătăuși care trec prin curtea școlii lovindu-i pe toți copiii”, a spus Kristina Lynch, fiziciană în plasmă la Dartmouth College din New Hampshire. „Ei sunt excitați și apoi trebuie să se relaxeze”. Pentru a se răci, particulele excitate emit un foton de lumină cu o anumită energie și culoare. Pentru azot și oxigen, care domină în atmosfera Pământului, acea explozie de lumină arde albastru și respectiv violet.
Focul Sfântului Elmo nu este fulgerător
În timp ce focul Sfântului Elm tinde să aibă loc în condiții furtunoase, este un fenomen distinct de fulger. Strălucirea unui fulger conține albastru și violet din același motiv, dar strălucește și alb - un amestec de mai multe culori - deoarece încălzește aerul din jurul său.
Luminile colorate ale aurorei își obțin strălucirea de la particule relaxante, deși electronii care excită aceste particule își obțin în final energia de la vântul solar, mai degrabă decât norii încărcați electric. Mulți confundă și focul Sfântului Elm cu fulgerul cu bile, un alt fenomen incandescent cunoscut de milenii. În timp ce acele sfere de lumină plutitoare rămân slab înțelese, cele două evenimente au fost raportate împreună, ca în contul acestui alpinist din 1977, raportat în Journal of Scientific Exploration:
"Chiar sub mine, era o clădire dărăpănată. Am putut vedea încă limbi de flacără albastru deschis pe fiecare punct al cadrului de oțel care ieșea din ruine. Flacăra era de diferite dimensiuni. Cu cât era mai mare, cu atât mai mare era un limba de flacără pe ea. Încă mai jos, la o înălțime de la 4.000 până la 4.100 m, fulgerul clipea. Mingi portocalii de dimensiunea unei mingi de fotbal zburau de vânt pe fundalul norilor negri. "
Este incendiul Sfântului Elm periculos?
Din fericire pentru excursioniști și marinari, focul Sf. Elmo nu arde și nu prezintă niciun pericol imediat dincolo de vremea potențial furtunoasă în sine.
Totuși, inginerii trebuie să țină seama de descărcarea coroanei atunci când proiectează echipamente electrice, în special linii electrice, deoarece cazurile nedorite ale incendiului Sfântului Elm pot să curățe electricitate valoroasă. Pentru a reduce acest efect, multe linii electrice pe distanțe lungi dispun de „inele de coroană” în jurul zonelor punctate, precum vârfurile turnurilor și stâlpilor. Aceste inele împiedică câmpul electric să se concentreze suficient pentru a produce multă plasmă.
În alte cazuri, inginerii au găsit modalități de a folosi descărcarea corona în avantajul lor. Procesul este implicat în producerea de ozon, un dezinfectant industrial. De asemenea, descărcarea Corona joacă un rol în crearea suprafețelor încărcate necesare în interiorul unui fotocopiator.
În timp ce cercetătorii au demitificat fenomenul și l-au pus în funcțiune în tehnologia modernă, strălucirea inofensivă, dar captivantă a focului Sfântului Elmou, are încă puterea de a uimi spectatorii, la fel ca și pentru milenii.
