Pyhän Elmon tulipalo on pysyvää sinistä hehkua, joka ilmenee toisinaan myrskyjen aikana kohtisuoran esineen lähellä. Nimi on jotain harhaanjohtavaa, koska sähköisellä ilmiöllä on enemmän yhteistä salaman tai reunavalojen kanssa kuin liekin kanssa.
Merten ja taivaan kapteenit tuntevat St. Elmon palon parhaiten, koska eteerinen valo on jo kauan nähty tarttumassa laivan mastoihin ja viime aikoina lentokoneiden siipiin. Merenkulkijat ovat huomanneet spektaakkelin tuhansien vuosien ajan, mutta vasta viimeisen puolentoista vuosisadan aikana tutkijat ovat oppineet tarpeeksi aineen rakenteesta ymmärtääkseen miksi ilmiö tapahtuu. Ei jumalat tai pyhät sytyttävät arvoituksellista tulta, vaan yksi viidestä aineen tilasta: plasma.
Raportit sinisistä valoista, jotka vilkkuvat himmeästi laivanlaitteista, juontavat juurensa antiikista, jolloin kreikkalaiset ja roomalaiset tulkitsivat näkemystä puolueen kaksosien Castorin ja Polluxin vierailuina. Vaarassa olevien pelastajina pidettyjen kaksosien ilmestyminen olisi tullut toivottavana merkkinä myrskystä purjehtijoille.
Ilmiö sai myöhemmin nykyaikaisen nimensä kolmannella vuosisadalla asuneelta St. Erasmus -elokuvalta tai lyhytaikaisesti St. Elmolta. St. Elmo sai mainetta merimiesten ja suolistohäiriöiden suojeluspisteenä sen jälkeen, kun hänet kuolleen katkaisun seurauksena kuoli. Merimiehet rukoilivat häntä hädänaikoina ja jatkoivat tulkitsemista Pyhän Elmon palotanssin hehkuessa ja veneilynsä kärjessä suotuisana vihollisena.
Mikä aiheuttaa St. Elmon tulipalon?
Tieteellinen käsitys St. Elmon tulesta tuli mahdolliseksi vasta sen jälkeen kun brittiläinen kemisti ja fyysikko William Crookes tuotti tyhjiöputkillaan vuonna 1879 työn, jota hän kutsui "säteilyaineeksi". Elektroni löydettiin kaksi vuosikymmentä myöhemmin, paljastaen, että maailma oli valmistettu enemmän kuin neutraaleista atomeista. Sen havaitseminen, että atomit sisältävät pienempiä, varautuneita hiukkasia, osoittautui välttämättömäksi ymmärtää miksi Crookesin asia loisti, käynnistäen kokonaan uuden plasmafysiikan kentän.
Plasmaa esiintyy, kun ylimääräinen energia hajottaa atomit neutraalissa kaasussa varautuneen kaasun muodostamiseksi. Yksi tapa luoda plasmaa on lämpö. Esimerkiksi kiinteän jään kuumentaminen hajottaa molekyylikiteet kiteiseen nestemäiseen veteen, ja kiehuva nestemäinen vesi vapauttaa vesimolekyylejä nousemaan kaasumaisena höyrynä. Jatka energian siirtämistä höyryyn (kuumentamalla sitä esimerkiksi 21 000 astetta Fahrenheitia tai esimerkiksi 12 000 astetta), ja vesimolekyylien atomit karhenevat, menettää elektronejaan ja muuttuvat varautuneiksi ioneiksi. Tämä kohta edustaa siirtymistä kaasusta, neutraalien hiukkasten pilvestä plasmaan, pilveen, joka sisältää monia varautuneita hiukkasia.
Sähkö voi repiä kaasumolekyylejä ja tehdä plasmasta helpompaa kuin lämpö voi, mikä on avain St. Elmon tuleen. Myrskyn aikana kitka rakentaa ylimääräisiä elektroneja tiettyihin pilvien osiin, jolloin syntyy voimakkaita sähkökenttiä, jotka saavuttavat maan. Tarpeeksi vahva kenttä voi teoreettisesti hajottaa ilman plasmaksi missä tahansa, mutta käytännössä terävillä pisteillä (kuten laivan mastolla) on taipumus keskittyä kenttään, strippaamalla elektroneja atomista jättämään varautuneita ioneja taaksepäin erityisen suurina lukuina lähellä teräviä paikkoja.
Kun maston ympärillä oleva ilma on osittain muuttunut plasmaksi, St. Elmon palo paistaa prosessin, jota kutsutaan koronapurkaukseksi. Kun sähkökenttä pilkkaa elektroneja ympäri, ne koputtavat neutraaleihin hiukkasiin ja levittävät nuo neutraalit hiukkaset energisempään tilaan.
Kuvittele "jonkun kiusaavan käyvän koulupihan läpi potkien kaikkia lapsia", kertoi Kristina Lynch, plasmafysiikka Dartmouth Collegessa New Hampshiressä. "He ovat kaikki innoissaan, ja heidän on sitten rentouttava." Jäähtyäkseen kiihtyneet hiukkaset lähettävät valon fotonia, jolla on tietty energia ja väri. Typen ja hapen, jotka hallitsevat maan ilmakehässä, valon puhkeaminen palaa vastaavasti siniseksi ja violetiksi.
Pyhän Elmon palo ei ole salama
Vaikka St. Elmon tulipalo yleensä tapahtuu myrskyisissä olosuhteissa, se on selkeä ilmiö salaman vaikutuksesta. Salamavalon hehku sisältää sinistä ja violettia samasta syystä, mutta se loistaa myös valkoisena - seoksena monia värejä - kun se kuumentaa ilmaa ympärillään.
Auroraväristen värikkäiden valot saavat hehkua myös rentouttavista hiukkasista, vaikka nämä hiukkaset virittävät elektronit lopultakin saavat energiansa aurinkotuulista, eikä sähköisesti latautuneista pilvistä. Monet sekoittavat myös Pyhän Elmon tulen pallo salamaan, joka on toinen vuosituhansien ajan tunnettu hehkuva ilmiö. Vaikka nämä leijuvat valopallot ovat edelleen huonosti ymmärrettäviä, näistä kahdesta tapahtumasta on ilmoitettu yhdessä, kuten tässä vuorikiipeilijän vuodesta 1977 kertomuksessa, joka on julkaistu Journal of Scientific Exploration:
"Juuri minun alapuolellani oli rappeutunut rakennus. Voin nähdä vielä vaaleansinisen liekin kieliä raunioista ulkonevista teräsrunkojen kaikista kohdista. Liekki oli erikokoista. Mitä korkeampi kohta oli, sitä suurempi oli liekin kieli siinä. Vielä alhaisemmalla tasolla, 4000 - 4100 m: n korkeudessa, vilkkuu salama. Tuulen alla lentävät tuulenpallon kokoiset oranssit palloja, jotka olivat mustat pilvet. "
Onko St. Elmon palo vaarallinen?
Retkeilijöiden ja merimiesten onneksi St. Elmon palo ei pala tai aiheuta välitöntä vaaraa itse mahdollisesti myrskyisän sään ulkopuolella.
Suunnittelijoiden on kuitenkin koronapurkaus otettava huomioon sähkölaitteita, etenkin voimajohtoja, suunnitellessaan, koska St. Elmon tulipalosta aiheutuvat ei-toivotut tapaukset voivat tyhjentää arvokasta sähköä. Tämän vaikutuksen minimoimiseksi monissa pitkän matkan voimajohdoissa on vanteen kaltaiset "koronarenkaat" terävien alueiden, kuten tornien ja napojen kärkien, ympärillä. Nämä renkaat estävät sähkökentän keskittymisen tarpeeksi tuottamaan paljon plasmaa.
Muissa tapauksissa insinöörit ovat löytäneet tapoja käyttää koronapurkausta hyödyksi. Prosessi liittyy otsonin, teollisen desinfiointiaineen, tuotantoon. Koronan purkauksella on myös rooli valokopiokoneen sisällä tarvittavien varautuneiden pintojen luomisessa.
Vaikka tutkijat ovat demystifioineet ilmiön ja panneet sen toimimaan modernin tekniikan avulla, St. Elmon palon vaarattomalla, mutta kiehtovalla hehkulla on edelleen voima hämmästyttää sivullisia, aivan kuten se on vuosituhansien ajan.
