گوی آذرخش| پدیده اسرارآمیز طبیعت

خبرگزاری علم وفناوری آنا– هدا عربشاهی: گوی آذرخش پدیده نورانی نادری است که گاهی بسیار مختصر و خاص در جو رخ می دهد و به شکل کره نورانی کوچکی با ابعاد متغیر به حالت ساکن یا اغلب در حرکت نامنظم سریع دیده می شود. این گوی می تواند هم در حضور و هم در غیاب رعدو برق پدیدار شود و معمولا قطرش از چند سانتی متر تا یک متر متغیر است.

نور ساطع شده از این گوی می تواند بسیار شدید و با رنگ های مختلفی باشد که از سفید تا نارنجی و از آبی تا صورتی را در برمی گیرد. این کره نورانی حرکت می کند و تا زمانی که منفجر یا ناپدید شود می تواند چند ده ثانیه دوام بیاورد. اما این گوی چگونه شکل می گیرد و فیزیک پشت آن چیست؟ آیا محققانی که این پدیده را مطالعه می کنند همگی درخصوص مدل فیزیکی آن اتفاق نظر دارند؟  

گوی آذرخش از چه زمانی در تاریخ ثبت شد؟ 

طی قرن ها مشاهدات متعددی از این پدیده ثبت شده است. به عنوان مثال جروس اهل کانتربری راهب و نویسنده انگلیسی برای اولین بار در ژوئن ۱۱۹۵ در وصف این رویداد نوشت. او در توصیف آن به نشانه ای شگفت انگیز اشاره کرد که حوالی لندن فرو افتاد. 

سال ۱۷۲۶ گوی آذرخشی روی کشتی بادبانی ای که «کرجی به نام کاترین و مری» نامیده می شد مشاهده شد. این آذرخش دکل کرجی را تکه تکه کرد و مردی را کشت. افراد داخل کشتی می دانستند که این پدیده هرچه هست آتش سنت المو نیست. آتش سنت المو پدیده جوی دیگری حاصل از تخلیه الکتریکی نورانی ناشی از یونیزه شدن هوا در طول طوفان است و معمولا در اثر تمرکز الکتریسیته ساکن بر راس تیز کشتی ها به وجود می آید.  

حدود سه دهه بعد در سال ۱۷۵۳ لگئورگ ریچمن فیزیکدان روسی متخصص الکتریسیته و پدیده های جوی بر اثر برق گرفتگی ناشی از برخورد گوی آذرخش درگذشت. او هنگام وقوع رعد و برق مشغول انجام آزمایشی بود که ناگهان گوی آذرخش ظاهر شد و به پیشانی ریچمن برخورد کرد و او را کشت. 

تجربیات آزمایشگاهی 

نیکولا تسلا فیزیکدان آمریکایی صرب تبار معروف این پدیده را بررسی کرد و گزارش داد که گلوله هایی از گوی آذرخش را به قطر چند سانتی متر در آزمایشگاه بازتولید کرده است. اما او تنها کسی نبود که موفق به انجام این کار شد. در سال ۱۹۹۱ دو دانشمند ژاپنی به نام های وای. اچ. اوتسوکی و اچ. اوفوروتن با تداخل امواج مایکروویو درون حفره استوانه ای شکل پر از هوا گلوله های آتشین پلاسما تولید کردند. همچنین در سال ۲۰۰۶  وای. ساکاوا و همکارانش از دانشگاه اوزاکا در ژاپن موفق شدند یک خازن ولتاژ بالا را در یک مخزن آب تخلیه کنند و با این کار گوی آذرخشی به وجود آورند که مشخصه آن انتشار طیف های نوری بود که کلسیم پتاسیم لیتیوم و سدیم بر آن غالب است. در سال ۲۰۰۷ هم دو دانشمند برزیلی به نام های آنتونیو کارلوس پاوائو و جی. پایوا ازطریق تبخیر و اکسیداسیون نمونه های سیلیکون کره های درخشانی تولید کردند که در نزدیکی سطح حرکت می کردند. 

فرضیه ها در تلاش برای درک گوی آذرخش 

امروزه مطالعه گوی آذرخش به مسئله بسیار پیچیده ای تبدیل شده زیرا مشاهده آن در طبیعت نادر و دشوار است و ازاین رو با گذشت زمان صرفا تلاش شده تا فرضیه ها و مدل های مختلفی برای توصیف صحیح این پدیده طبیعی ارائه شود که مهم ترین فرضیه احتمال توهم و خطای دید را قوی می داند.

درحقیقت بسیاری از محققان این فرضیه را مدنظر قرار داده اند که این پدیده فقط می تواند حاصل توهمی باشد که در اثر فعالیت حداکثری میدان الکترومغناطیسی شدید روی مغز هنگام طوفان و رعد و برق ایجاد می شوند. باوجوداین همان طورکه در چندین مورد گزارش شده فرضیه توهم قادر نیست اثر صوتی ناشی از تولید گوی آذرخش و بوی گوگرد پس از ترکیدن آن را توضیح دهد.  

فرضیه دوم که از منظر فیزیک به گوی آذرخش نگاه می کند سیلیکون تبخیر شده را عامل این پدیده می داند و پیشنهاد می کند که هنگام طوفان رعد و برق به زمین برخورد و سیلیس موجود در زمین را به صورت دی اکسید سیلیکون (SiO2) تبخیر و آن را به بخار سیلیکون خالص تبدیل می کند. در طول خنک شدن بعدی سیلیکون می تواند متراکم شده و دوباره با اکسیژن ترکیب شود و گوی آذرخش تولید کند. این مدل با تجزیه و تحلیل طیفی نور ساطع شده از گوی آذرخش که گروهی از محققان چینی در سال ۲۰۱۴ ثبت کردند مطابقت دارد.  

هسته جامد با بار الکتریکی فرضیه دیگری است که در تلاش است تا توضیحی برای این پدیده ارائه کند و ازاین رو پیش فرضی را برپایه ایجاد یک هسته جامد مرکزی مثبت که پس از رعد و برق با الکترون ها احاطه می شود در نظر می گیرد. بین این دو بار یک میدان الکترومغناطیسی شدید در خلاء همراه با نیرویی غیرخطی به نام نیروی پاندروموتیو به وجود می آید که از سقوط الکترون ها به درون هسته برای مدت معینی جلوگیری می کند. درواقع نیروی پاندروموتیو نیرویی خطی است که ذره دارای بارالکتریکی در میدان الکترومغناطیسی نوسانی تجربه می کند. 

چهارمین فرضیه وجود حفره ای مایکروویوی را که درون خود گوی آذرخش وجود دارد پیشنهاد می کند. برپایه این فرضیه امواج مایکروویو که درپی برخورد صاعقه به زمین داخل یک حباب پلاسما به دام افتاده اند گوی آذرخش را هدایت و ابعاد آن را تعیین می کنند. امواج مایکروویو می توانند از شیشه عبور کنند و بنابراین این مدل می تواند توضیح دهد که چرا این پدیده حتی می تواند داخل ساختمان ها هم رخ دهد.  

ششمین فرضیه وجود یک ساختار گردابی حلقوی را پیشنهاد می کند. این ساختار نوسان می کند و این گونه موقعیت خودش را به صورت پایدار حفظ می کند اما این فرضیه هنوز بسیار بحث برانگیز است. 

اما فرضیه ای که درنهایت بسیاری از محققان با آن اتفاق نظر دارند این است که گوی آذرخش طبیعی می تواند با سازوکارهای مختلفی تولید شود و بنابراین هیچ مدل فیزیکی واحدی برای توصیفش وجود ندارد. به طوری که بعضی از فرضیه هایی که ذکر شد اگرچه تفاوت های بسیاری باهم دارند اما می توانند هم صحیح باشند و هم مکمل یکدیگر.