نار سانت إلمو هي توهج أزرق مستمر يظهر أحيانًا بالقرب من أشياء مدببة أثناء العواصف. الاسم هو اسم خاطئ ، حيث أن الظاهرة الكهربائية تشترك في البرق أو الأضواء الشمالية أكثر مما تشترك مع اللهب.
يعرف قباطنة البحار والسماء نيران سانت إلمو بشكل أفضل ، حيث تم رؤية الضوء الأثيري منذ فترة طويلة متشبثًا بصواري السفن ومؤخرًا أجنحة الطائرات. لاحظ مارينرز المشهد لآلاف السنين ، ولكن فقط في القرن والنصف الماضيين تعلم العلماء ما يكفي عن بنية المادة لفهم سبب حدوث هذه الظاهرة. ليست الآلهة أو القديسين هي التي تلهب النار الغامضة ، ولكن واحدة من الحالات الخمس للمادة: البلازما.
ترجع تقارير الأضواء الزرقاء الخافتة بشكل خافت من منصات السفن إلى العصور القديمة ، عندما فسر اليونانيون والرومان البصر على أنه زيارات من توأمي أنصاف الآلهة Castor و Pollux. نظرًا لكونهم منقذين لمن هم في خطر ، لكان ظهور التوائم بمثابة إشارة أمل للبحارة في مواجهة العاصفة.
حصلت هذه الظاهرة لاحقًا على اسمها الحديث من سانت إراسموس ، أو سانت إلمو ، الذي عاش في القرن الثالث. اكتسب القديس إلمو الشهرة كقديس البحارة والضيق المعوي ، بعد أن قيل أنه قُتِل بفكه. صلى البحارة إليه في لحظات الشدة واستمروا في تفسير توهج رقصات القديس إلمو وهسهسة على نصائح قواربهم على أنها نذير شؤم.
ما الذي يسبب حريق سانت إلمو؟
أصبح الفهم العلمي لنار سانت إلمو ممكنًا فقط بعد أن أنتج الكيميائي والفيزيائي البريطاني ويليام كروكس ما أسماه "المادة المشعة" من خلال عمله مع الأنابيب المفرغة في عام 1879. جاء اكتشاف الإلكترون بعد عقدين ، وكشف أن العالم كان مصنوعة من أكثر من ذرات محايدة. أثبت اكتشاف أن الذرات تحتوي على جسيمات أصغر مشحونة أنها ضرورية لفهم سبب تألق مادة كروكس ، مما يؤدي إلى إطلاق المجال الجديد الكامل لفيزياء البلازما.
تحدث البلازما عندما تكسر الطاقة الزائدة الذرات في غاز محايد لتكوين غاز مشحون. إحدى الطرق لإنشاء البلازما هي الحرارة. على سبيل المثال ، يؤدي تسخين الثلج الصلب إلى تكسير البلورات الجزيئية في ماء سائل ، ويغلي الماء السائل بتحرير جزيئات الماء لترتفع كبخار غازي. استمر في تفريغ الطاقة في البخار (بتسخينه أكثر من 21000 درجة فهرنهايت ، أو 12000 درجة مئوية ، على سبيل المثال) ، وتصبح الذرات في جزيئات الماء خشنة ، تفقد إلكتروناتها وتصبح أيونات مشحونة. تمثل هذه النقطة الانتقال من غاز ، سحابة من الجسيمات المحايدة ، إلى بلازما ، سحابة تحتوي على العديد من الجسيمات المشحونة.
يمكن للكهرباء أن تمزق جزيئات الغاز وتجعل البلازما أكثر سهولة من الحرارة ، وهذا هو مفتاح حريق سانت إلمو. أثناء العاصفة ، يبني الاحتكاك إلكترونات إضافية في أجزاء معينة من الغيوم ، مما يولد مجالات كهربائية قوية تصل إلى الأرض. يمكن لحقل قوي بما فيه الكفاية أن يكسر نظريًا الهواء إلى بلازما في أي مكان ، ولكن من الناحية العملية ، تميل النقاط الحادة (مثل سارية السفينة) إلى تركيز المجال ، وتجريد الإلكترونات من الذرات لتترك وراءها أيونات مشحونة في أعداد عالية خاصة بالقرب من حاد أماكن.
بمجرد أن يتحول الهواء حول الصاري جزئيًا إلى بلازما ، تشرق نار سانت إلمو عبر عملية تسمى تفريغ الاكليل. عندما يقوم المجال الكهربائي بقطع الإلكترونات حولها ، فإنها تطرق إلى جزيئات محايدة وتثير هذه الجسيمات المحايدة في حالة أكثر نشاطًا.
قالت كريستينا لينش ، عالمة فيزياء البلازما في كلية دارتموث في نيو هامبشاير ، تخيل "بعض الأشخاص يتنمرون في ساحة المدرسة وهم يركلون جميع الأطفال". "إنهم يشعرون بالإثارة ، وبعد ذلك عليهم الاسترخاء." لتبرد ، تنبعث الجزيئات المستثارة فوتونا من الضوء مع طاقة ولون خاصين. بالنسبة للنيتروجين والأكسجين ، اللذان يسيطران في الغلاف الجوي للأرض ، فإن انفجار الضوء يحرق الأزرق والبنفسجي على التوالي.
نار سانت إلمو ليست برقًا
في حين أن حريق سانت إلمو يميل إلى أن يحدث في ظروف عاصفة ، إلا أنها ظاهرة متميزة عن البرق. يحتوي توهج صاعقة البرق على اللون الأزرق والأرجواني لنفس السبب ، ولكنه أيضًا يضيء باللون الأبيض - وهو مزيج من العديد من الألوان - أثناء تسخين الهواء من حوله.
الأضواء الملونة للشفق تحصل على توهجها من جزيئات الاسترخاء أيضًا ، على الرغم من أن الإلكترونات التي تثير هذه الجسيمات تحصل في النهاية على طاقتها من الرياح الشمسية ، بدلاً من السحب المشحونة كهربائيًا. يخلط الكثيرون أيضًا نار سانت إلمو مع برق الكرة ، وهي ظاهرة متوهجة أخرى معروفة منذ آلاف السنين. في حين أن تلك المجالات التي تحوم الضوء لا تزال غير مفهومة بشكل جيد ، تم الإبلاغ عن الحدثين معًا ، كما هو الحال في رواية متسلق الجبال هذه من عام 1977 ، حسبما ذكرت في مجلة الاستكشاف العلمي:
"تحتي مباشرة ، كان هناك مبنى متدهور. كان بإمكاني أن أرى ألسنة من اللهب الأزرق الفاتح على كل نقطة من إطار الفولاذ البارز من الأنقاض. كان اللهب بأحجام مختلفة. كلما كانت النقطة أعلى ، كلما كان أكبر لسان اللهب عليها. لا يزال منخفضًا ، على ارتفاع 4000 إلى 4100 متر ، كان البرق يضيء. كانت الكرات البرتقالية بحجم كرة القدم تحلق بفعل الرياح على خلفية السحب السوداء. "
هل حريق القديس إلمو خطير؟
لحسن الحظ للمتنزهين والبحارة ، لا تحرق نار سانت إلمو أو تشكل أي خطر مباشر يتجاوز الطقس العاصف المحتمل نفسه.
ومع ذلك ، يجب على المهندسين أخذ تفريغ الاكليل في الاعتبار عند تصميم المعدات الكهربائية ، وخاصة خطوط الكهرباء ، حيث يمكن للحرائق غير المرغوب فيها لنيران سانت إلمو أن تستهلك كهرباء قيمة. ولتقليل هذا التأثير ، تحتوي العديد من خطوط الطاقة البعيدة على "حلقات كورونا" تشبه الطوق حول مناطق مدببة مثل أطراف الأبراج والأعمدة. تمنع هذه الحلقات المجال الكهربائي من التركيز بما يكفي لإنتاج الكثير من البلازما.
في حالات أخرى ، وجد المهندسون طرقًا لاستخدام تفريغ الاكليل لصالحهم. تشارك العملية في إنتاج الأوزون ، وهو مطهر صناعي. يلعب تفريغ كورونا أيضًا دورًا في إنشاء الأسطح المشحونة اللازمة داخل آلة التصوير.
بينما قام الباحثون بإزالة الغموض عن هذه الظاهرة ووضعوها في العمل في التكنولوجيا الحديثة ، فإن التوهج غير المؤذي ولكن المؤثر لنيران سانت إلمو لا يزال لديه القدرة على إثارة الدهشة للمارة ، تمامًا كما فعل منذ آلاف السنين.
