A gömbvillám természetét a mai napig nem sikerült megfejteni. Ez azzel magyarázható, hogy a gömbvillám ritka jelenség, s nincs semmiféle adat arról, hogy laboratóriumban igazán meggyőzően elő lehetne állítani, így módszeresen nem vizsgálható. Több hipotézist állítottak fel a gömbvillám természetére vonatkozóan, de azt a lehetőséget, amiról ebben a közleményben szó lesz, minden valószínűség szerint még nem tanulmányozták. Az itt következő meggondolásoknak főleg azért érdemes figyelmet szentelni, mert ellenőrzésük pontosan meghatározott irányba tereli a kísérleti kutatásokat.
Úgy véljük, hogy a gömbvillám természetére vonatkozó eddigi feltételezések elfogadhatatlanok, mert ellentmondanak az energiamegmaradás tételének. Ez abból ered, hogy a gömbvillám fényét valamilyen molekuláris vagy kémiai átalakulás energiájának tulajdonítják, s így felteszik, hogy a gömbvillám fényének energiaforrása a gömbvillámon belül van. Ez a következő elvi nehézségre vezet.
A modern fizika alapgondolataiból következik, hogy bármilyen kémiai vagy aktív állapotban legyenek is, a gázmolekulák potenciális energiájának kisebbnek kell lennie a disszociációhoz, illetve ionizációhoz szükséges energiánál. Ennek alapőján felülről becsülhetjük egy gömbvillám méretű, levegőből álló gázgömb energiáját.
Megbecsülhetjük azonban a gömbvillám felületi sugárzásának intenzitásértékét is. Az ilyen hozzávetőleges számítások sokkal kisebb értéket adnak meg a sugárzás időtartamára, mint amennyit a valóságban meg lehet figyelni. Ezt a következtetést az atomrobbanást követő gombafelhő fénykibocsátásának mért időtartamadatai is megerősítik. E felhő közvetlenül a robbanás után kétségtelenül teljesen ionizálódott gáztömeg, ezért úgy vélhetjük, hogy potenciális energiája a lehető legnagyobb érték. Ezért hát azt várnánk, hogy tovább kell világítania, mint az ilyen méretű legtovább fennmaradó gömbvillámnak, csakhogy ez nincs így.
Mivel a felhő enerigakészlete arányos a térfogattal (d köbbel tehát), kisugárzása viszont a felülettel (vagyis d nényezettel), azért a gömb energiakisugárzásának időtartalma a lineáris mérettel, d-vel arányos. Egy atomrobbanást dövető, d=150 m átmérőjű felhő 10 s-ig sem világít, eszerint egy 10 cm átmérőjű gömb 0,01 s-nál rövidebb ideig világíthatna. Csakhogy az irodalmi adatok szerint egy akkora méretű gömbvillám rendszerint több másodpercig létezik, néha egy percig is.
Ha tehát a természetben nincsenek még ismeretlen energiaforrások, akkor az energiamegmaradás törvénye alapján el kell fogadnunk, hogy a gömbvillámba, miközben sugároz, állandóan áramlik energia, és ezt az energiaforrást a gömbvillám térfogatán kívül kell keresni. Mivel a megfigyelt gömbvillámok legtöbbje "lóg" a levegőben, az energiafelvétel legtermészetesebb, s minden bizonnyal egyetlen módja: intenzív külső rádióhullámok elnyelése.
Vegyük munkahipotézisként ezt a feltevést, és lássuk, hogyan egyeztethetők össze vele a gömbvillámokat kísérő megfigyelt legjellemzőbb jelenségek.
A gömbvillámokat és az atomrobbanást követő világító felhőt összevetve rögtön feltűnik a következő lényeges különbség. Az atomrobbanás felhője létrejötte után folyamatosan nő, és zajtalanul oszlik szét. A gömbvillám egész sugárzása alatt végig azonos méretű marad, és gyakran tűnik el robbanással. Az atomrobbanás felhője kis sűrűségű, forró gázból állván, könnyebb a levegőnél, ezért csak felfelé mozog. A gömbvillám néha mozdulatlanul áll, néha mozog, de a mozgásának nincs kitüntetett iránya a Földhöz képest, és a szél sem befolyásolja. Most megmutatjuk, hogy előbbi hipotézisünk alapján hogyan magyarázhatók meg ezek a jellegzetes különbségek.
Ismeretes, hogy ionizált gáz - plazma - csak rezonanciában nyel el hatásosan elektromágneses rezgéseket, vagyis akkor, amikor a plazma elektromágneses sajátrezgéseinek frekvenciája megegyezik az elnyelt elektromágneses rezgés frekvenciájával. Amikor az ionizáció olyan nagy fokú, hogy az már oka lehet a gömb ragyogó fényének, a rezonanciafeltételeket egyedül a külső méretek határozzák meg.
Ha azt vesszük, hogy az elnyelési frekvencia a gömb sajátrezgéseinek felel meg, akkor az elnyelődő hullám lambda hossza a gömbvillám átmérőjének majdnem négyszerese (pontosabban lambda=3,65 d). Ha ugyanebben a térfogatban a gáz gyengén ionizált, akkor, mint ismeretes a plazma rezgési periódusát lényegében az ionizáció foka határozza meg, és a rezonanciahullámhossz mindig nagyobb, mint a teljesen ionizált térfogat méreteitől meghatározott lambda=3,65 d érték.
A gömbvillám kialakulásakor az elnyelés mechanizmusát így képzelhetjük el: először adva van egy (pi/6) d köb-höz viszonyítva kicsiny plazmatérfogat, de ha ez gyengén ionizált is, akkor is lehetséges lambda = 3,65 d hullámhosszú hullámokkal rezonancia, és a megfelelő rádióhullámok el is nyelődnek. Ezzel növekszik az ionizáltság és vele együtt a plazmatérfogat is, míg az átmérő el nem éri a d értéket. Ekkor az elnyelési folyamat rezonanciajellemzője csak a gömbvillám alakjától függ, és ennek az a következménye, hogy a gömbvillám mérete állandósul.
Tegyük fel ugyanis, hogy az elnyelt rezgés intenzitása növekszik; ekkor az ionizált gáz hőmérséklete kissé nagyobb lesz, és a gömb felfúvódik. Ezáltal eltávolodik a rezonancia feltételétől, csökken az elektromágneses hullámok elnyelődése, a gömb tehát lehűl, s mérete megint a rezonanciának megfelelő érték lesz. Ezzel magyarázható, miért állandó a göbvillám sugara a fénykibocsájtás alatt.
A megfigyelések szerint a gömbvillámok mérete 1 és 27 cm köré esik. Hipotézisünknek megfelelően ezeknek az érékeknek négyszeresét véve megkapjuk a gömbvillám létrejöttéért okolható hullámok hullámhossztartományát. A 10 és 20 cm közötti értékek a leggyakoribbak, az ennek megfelelő hullámhossznak 35-től 70 cm-ig változnak.
A gömbvillámok nyilván főként azokban a tartományokban alakulhatnak ki, amelyekben a rádióhullámok erőssége a legnagyobb. Az ilyen helyek feszültség-duzzadóhelyeknek felelnek meg, melyek különböző interferenciajelenségek által keletkeznek. Mivel a duzzadóhelyeken az elektromos tér erőssége nagy, helyzetük megszabja a gömbvillámok kialakulásának lehetséges helyeit. Ez a mechanizmus azt eredményezi, hogy a gömbvillám követi a duzzadóhelyek elmozdulását, függetlenül a szél irányától vagy a levegő konvekciós áramaitól.
A gömbvillámok rögzített helyzetére lehetséges példaként vegyük azt az esetet, mikor rádióhullámok esnek a vezető földfelszínre, s visszaverődnek. Interferencia folytán állóhullámok alakulnak ki, s a felülettől 0,25x;0,75x;1,25x;1,75x lambda stb. távolságban változatlan helyzetű duzzadóhelyek jelennek meg; itt az elektromos tér erőssége kétszerese a beeső hullám térerősségének. A felületek közelében a nagy térerősség miatt kedvezőek a körülmények gömbvillámok keletkezéséhez, s az ionizáció növeléséhez, majd fenntartásához is a gömbvillámot alkotó felhőben. Az ionizált gáz csak meghatározott, a földfelszínnel párhuzamos felületeken nyelhet el rezgéseket, ezért marad a gömbvillám változatlan térbeli helyzetben.
Ez a mechanizmus megmagyarázza, miért keletkeznek a gömbvillámok általában a földfelszín közelében, és miért mozognak vízszintesen. A gömbvillám középpontjának a vezető felülettől mért legkisebb távolsága 1/4 hullámhossz, ezért a gömbvillám alsó széle és a vezető felület között körülbelül a gömb sugarával egyenlő a magasságkülönbség.
Nagyon intenzív elektromágneses rezgések esetén előfordulhat, hogy több duzzadóhelyen is kialakulnak gömbvillámok, egymástól fél hullámhossznyira. Már megfigyeltek, sőt le is fényképeztek ilyen gömbvillámsort; a jelenséget láncvillámnak nevezik.
Felvetésünk alapján az is megmagyarázható, hogy a gömbvillám néha miért tűnik el olyan robbanással, mely nem tesz kárt semmiben. Ha a teljesítménybeáramlás hirtelen megszakad, akkor - kis méreteknél - a gömb olyan gyorsan zsugorodik, hogy a gömbvillám eredeti térfogata légritka marad, s amint ez megtelik levegővel, kis erejű lökéshullám keletkezik. Amikor pedig lassul az energiakisugárzás, a kioltódás lassú és zajtalan folyamat.
A felvetett hipotézis alapján megmagyarázható a gömbvillám talán legérthetetlenebb tulajdonsága is: az, hogy ablakon, más nyílásokon, nemritkán kéményeken keresztül behatol a szobába. A világító gömb a szobában vagy lebeg néhány másodpercig, vagy - huzalok mentén - mozog. Annyi ilyen esetet írtak le, hogy valóságukhoz nem férhet kétség.
Szempontunkból nagyon érdekes az az eset, amikor egy viharfelhőt átszelő 2800 méter magasan szálló repülőgépbe gömbvillám hatolt be. A mi feltételezésünk alapján mindezek a jelenségek megmagyarázhatók úgy, hogy a gömbvillámok a kis hullámhosszú elektromágneses hullámokat követve jutnak be a zárt helyiségekbe, a hullámok pedig a hullámvezetőként viselkedő nyílásokon, kéménykürtőkben, huzalok mentén haladnak. A közönséges kémények keresztmetszete éppen olyan hullámvezető kritikus méreteinek felel meg, melyben szabadon terjedhetnek a 30-40 cm hullámhosszú rezgések; ez összhangban is van a helységekbe behatoló gömbvillámok megfigyelt méreteivel.
A feltevéssel tehát, hogy a gömbvillámok kis hullámhosszú elektromágneses rezgések által keletkeznek, nemcsak jó néhány, gömbvillámmal kapcsolatos ismert és érthetetlen jelenség - például a méretek rögzített volta, csaknem mozdulatlan helyzet, láncvillámok kialakulása, eltűnéskor robbanási hullám keletkezése - magyarázható meg, hanem a zárt helyiségekbe való behatolás lehetősége és a keletkezés is.
Itt fel kell tenni a kérdést: vajon nem lehet-e, hogy a már régen ismert "Szent Elmo tüze" - pamatszerű parázsló fény - szintén elektromágneses - csak kisebb teljesítményű - hullámok hatására jön létre. Eddig ezt a fénykisugárzást a csúcshatással, a felhő és a földfelszín közötti nagy egyenfeszültség hatására kiáramló töltésekel magyarázták. Ez a magyarázat kielégítő volt mindaddig, amíg ezt a lumineszenciát csak a Földön figyelték meg, ebben az esetben ugyanis meg lehetett állapítani azt a zárt utat, amely mentén az egyenáram folyik. Újabban azonban leírtak olyan eseteket, hogy repülés közben hosszú időn át lehetett Szent Elmo tüzet megfigyelni a repülőgép törzse mentén. Ezért lehetséges, hogy hipotészisünk itt is segíthet a kérdés tisztázásában.
Noha a hipotézis számos homályt eloszlat a gömbvillám jelenségének megértésében, mégis látnunk kell, hogy a kérdés nincs teljesen megoldva, mert még ki kell mutatni, hogy valóban vannak a természetben olyan elektromágneses hullámok, melyek táplálhatnák a gömbvillámokat. Először is válaszolni kell arra a magától értetődő kérdésre, hogy viharok idején miért nem figyeltek meg eddig elektromágneses rezgéseket a gömbvillámok keletkezéséhez szükséges hullámhossz-tartományban.
Eddig még nem foglalkoztak azzal, hogy vihar idején kimutassák ezeket a hullámokat; úgy véljük a következőket lehet feltenni. Minthogy a gömbvillám ritka jelenség, természetes azt gondolni, hogy ritkán jelentkeznek a megfelelő hullámhossztartományba eső elektromágneses rezgések is, továbbá még kevésbé várható, hogy ezek a ma még viszonylag kevéssé használatos 35-70 cm-es rövidhullámú tartományra hangolt rádióvevő-készülék vételi körzetébe estek volna. A felvetett hipotézis ellenőrzésének következő lépéseként tehát alkalmas megfigyelési módot kell kiválasztani, s a viharok idején meg kell kísérelni rádiósugárzást kimutatni a megjelölt rövidhullámú tartományban.
Két olyan tény van a gömbvillámok megfigyeléséből kapott adatok között, mely felvilágosítást adhat a keletkezési mechanizmusról. Az egyik: a gömbvillámok leggyakrabban a vihar vége felé keletkeznek; a másik: a gömbvillámot közvetlenül egy közönséges villám előzi meg.
Az első tény arra utal, hogy a levegő nagyfokú ionizációja elősegíti a rádióhullámok keletkezését, a második pedig arra, hogy ezeket a rezgéseket a vihar elektromos kisütései keltik. Ez arra a természetes feltevésre indít, hogy a rádióhullámok forrása olyan rezgési folyamat, amely vagy felhőbeli, vagy földközeli ionizált atmoszférában játszódik le. Ez utóbbi esetben, amikor a forrás a Föld közelében van, az intenzív rádiósugárzástól ért tartomány kis kiterjedésű, és a gömbvillám helyének közvetlen környezetére korlátozódik. E helytől távolodva a rádióhullámok intenzitása gyorsan csökkenhet, ezért ahhoz, hogy nagyobb távolságokból figyelhessük meg őket, érzékeny műszerre lesz szükség. Ha a rádióhullámokat maga a viharfelhő bocsátja ki, akkor a hullámok nagyobb tartományokat fognak át, s kisebb érzékenységű vevőkkel is észlelhetők.
Végül a hipotézis kísérleti ellenőrzésének másik lehetőségeként fel kell hívnunuk a figyelmet a gömbvillámokhoz hasonló villamos kisülések laboratóriumi létrehozására. Ehhez természetesen a deciméteres hullámhossztartományban folytonosan sugárzó, nagy intenzitású rádióhullám-forrásra van szükség, és e sugarakat viszonlag kis tértartományban kell tudnunk fókuszálni. Elég erős elektromos térben létre kell jönniük az elektródák nélküli átütés szükséges feltételeinek, s a plazma ionizációs rezonanciaabszorpciója révén ennek az átütésnek körülbelül egynegyed hullámhossznyi sugarú fénylő gömbbé kell nőnie.
Ajánlott bejegyzések: