Vatra svetog Elma je postojani plavi sjaj koji se povremeno pojavljuje u blizini šiljastih predmeta za vrijeme oluje. Ime je nešto pogrešno, jer električni fenomen ima više zajedničkog sa munjama ili sjevernim svjetlima nego sa plamenom.
Kapetani mora i neba najbolje poznaju vatru svetog Elmoa, budući da se eterično svjetlo odavno prianjalo za jarbole brodova i odnedavno krila aviona. Mornari su ovaj spektakl primjećivali tisućama godina, ali tek u posljednjem stoljeću i pol naučnici su naučili dovoljno o strukturi materije da shvate zašto se fenomen odvija. Nisu bogovi ili sveci ti koji spašavaju zagonetnu vatru, već jedno od pet stanja materije: plazma.
Izvješća o plavim svjetlima koja slabo bljeskaju iz brodskih postrojenja datiraju još u antiku, kada su Grci i Rimljani tumačili prizor kao posjete polubogovim blizancima Castoru i Polluxu. S obzirom na spasitelje onih koji su u opasnosti, ukazanje blizanaca moglo bi doći kao nadaman znak mornarima koji su preživjeli oluju.
Pojava je kasnije dobila svoje moderno ime od Svetog Erazma, ili ukratko svetog Elma, koji je živio u trećem stoljeću. Sveti Elmo stekao je slavu kao zaštitnik pomoraca i crijevnih nevolja, nakon što je, kako se izvješćuje, ubijen disemboanjem. Mornari su mu se u trenucima nevolje molili i nastavili tumačiti sjaj vatrenog plesača svetog Elma i šištanje na vrhovima čamaca kao povoljan znak.
Što uzrokuje požar svetog Elma?
Znanstveno razumijevanje vatre svetog Elma postalo je moguće tek nakon što je britanski kemičar i fizičar William Crookes proizveo ono što je nazvao "zračenje materije" svojim radom s vakuumskim cijevima 1879. Otkrivanje elektrona uslijedilo je dva desetljeća kasnije, otkrivajući da je svijet načinjena od više od neutralnih atoma. Otkrivanje da atomi sadrže manje nabijene čestice pokazalo se ključnim za razumijevanje zašto Crooksova materija blista, pokrećući sasvim novo polje fizike plazme.
Plazma nastaje kada višak energije razgrađuje atome u neutralnom plinu da bi stvorio nabijeni plin. Jedan od načina stvaranja plazme je toplina. Na primjer, zagrijavanjem krutog leda razbijaju se molekularni kristali u tekuću vodu, a kipuća tekuća voda oslobađa molekule vode da se povećaju kao plinovita para. Nastavite bacati energiju u paru (na primjer, zagrijavanjem je prošlo 21 000 stupnjeva Farenhejta ili 12.000 stupnjeva Celzija), a atomi se u molekulama vode raspršuju, gubeći elektrone i postajući nabijeni ioni. Ova točka predstavlja prijelaz iz plina, oblaka neutralnih čestica, u plazmu, oblak koji sadrži mnogo nabijenih čestica.
Električna energija može rastrgati molekule plina i učiniti plazmu jednostavnijom od topline, što je ključ vatre Svetog Elma. Tijekom oluje, trenje stvara dodatne elektrone u određenim dijelovima oblaka, stvarajući snažna električna polja koja dosežu zemlju. Dovoljno snažno polje teoretski može raspasti zrak bilo gdje u plazmi, ali u praksi oštre točke (poput jarbola broda) teže koncentrirati polje, oduzimajući elektrone od atoma i ostavljajući iza sebe nabijene ione u posebno visokom broju u blizini mjesta.
Jednom kada se zrak oko jarbola djelomično pretvorio u plazmu, vatra svetog Elma svijetli procesom nazvanim koronski iscjedak. Dok električno polje oko sebe baca elektrone, oni kucaju u neutralne čestice i agitiraju te neutralne čestice u energetskije stanje.
Zamislite da "neki nasilnik prolazi kroz školsko dvorište i udara svu djecu", rekla je Kristina Lynch, fizičarka plazme s koledža Dartmouth u New Hampshireu. "Svi se uzbuđuju, a onda se moraju opustiti." Da bi se ohladile, pobuđene čestice emitiraju foton svjetlosti s određenom energijom i bojom. Za dušik i kisik koji dominiraju u Zemljinoj atmosferi taj svjetlosni prasak sagorijeva i plavi, odnosno ljubičasti.
Vatra svetog Elma nije munja
Dok se požar svetog Elma obično odvija u olujnim uvjetima, to je poseban fenomen od munje. Svjetlo gromobrana iz istog razloga sadrži plavu i ljubičastu boju, ali također svijetli bijelo - mješavina mnogih boja - jer zagrijava zrak oko sebe.
Šarene svjetlosti aurere dobivaju svoj sjaj i od opuštajućih čestica, iako elektroni koji pobuđuju te čestice u konačnici dobivaju energiju iz sunčevog vjetra, a ne iz električno nabijenih oblaka. Mnogi također zbunjuju vatru svetog Elma s kuglanom munjom, još jednom pojavom sa žarnom niti koja je poznata tisućljećima. Dok one lebdeće sfere svjetla ostaju slabo razumljive, dva su događaja prijavljena zajedno, kao u izvještaju ovog planinara iz 1977. godine, o kojem je izviješteno u časopisu Journal of Scientific Exploration:
"Ispod mene, bila je raspadnuta zgrada. Mogao sam vidjeti jezike svijetloplavog plamena na svakoj točki čeličnog okvira koji je stršio iz ruševina. Plamen je bio različitih veličina. Što je viša bila točka, veći je bio jezik plamena na njemu. Još niže, na visini od 4.000 do 4.100 m, bljesnule su munje. Narančaste loptice veličine nogometne lopte letele su vjetrom na pozadini crnih oblaka. "
Je li požar svetog Elma opasan?
Srećom za izletnike i mornare, vatra svetog Elma ne gori niti predstavlja bilo kakvu neposrednu opasnost, osim potencijalno olujnog nevremena.
Međutim, inženjeri moraju uzeti u obzir ispuštanje korone prilikom dizajniranja električne opreme, posebno dalekovoda, jer neželjeni slučajevi požara svetog Elma mogu iscijediti dragocjenu struju. Da bi se taj učinak sveo na najmanju moguću mjeru, mnogi dalekovodi imaju koronske prstenove u obliku obruča oko šiljastih područja poput vrhova kula i stupova. Ovi prstenovi sprječavaju koncentriranje električnog polja da proizvede puno plazme.
U ostalim su slučajevima inženjeri pronašli načine na koje iskorištavanje korone mogu koristiti u svoju korist. Postupak je uključen u proizvodnju ozona, industrijskog dezinfekcijskog sredstva. Korona pražnjenje također igra ulogu u stvaranju nabijenih površina potrebnih unutar fotokopirnog stroja.
Dok su istraživači demistificirali fenomen i učinili ga da djeluje u modernoj tehnologiji, bezopasni, ali zadivljujući sjaj vatre svetog Elma i dalje ima moć zadiviti prolaznike, baš kao što to čini tisućljećima.
