Наряду с такими удивительными природными явлениями как миражи, полярное сияние, радуга, наблюдение которых в свое время становилось поводом для различного рода домыслов, существует и такое интересное явление как Огни Святого Эльма.
Упоминание явления в мировой истории
Огни Святого Эльма - это электрическое свечение, которое порой окружает высокие, заостренные объекты, при приближении грозы. Это явление долгое время было своего рода знамением божественного вмешательства среди моряков, поскольку возникало при штормах, для команды корабля призрачное свечение символизировало направляющую длань Святого Эльма, покровителя моряков.
Огни Святого Эльма описаны в судовых журналах знаменитых путешественников и первооткрывателей Колумба и Магеллана, в произведениях Шекспира и Мелвилла, а также в записках Чарльза Дарвина, в его бытность моряком на Корабле Ее Величества «Бигль».
Имеются различные описания Огня: от «танцующего» пламени до настоящего фейерверка, обычно голубого или бело-голубого цвета. Пламя не обжигает и не вызывает возгорания, длительность этого явления - не более минуты. Иногда оно сопровождается шипящим или свистящим звуком, который и порождал истории о присутствии духов.
Молниеотводы, шпили храмов, флюгеры, так же, как и метеорологические станции, расположенные в горах, являются местами появления Огней Святого Эльма на материке. В Северной Америке появление Огней в грозу становилось поводом для истории о сопровождающих грозу духах и призраках. Огни могут также возникать и на закрылках, пропеллерах и антеннах самолетов, не представляя опасности для пассажиров.
В Древней Греции одиночное свечение называли «Елена», а двойное «Кастор и Полукс». Они также были известны как «Святой Николай» и «Святой Гермес», corpusante и Corpus Santos. Имя Святого Эльма происходит от итальянского Sant 'Ermo (Святой Эрмо) или St. Erasmus (Святой Эразм, приблизительно 300 год н.э.), святого покровителя средиземноморских моряков, бросавших вызов стихии на утлых суденышках.
Юлий Цезарь в своих «Комментариях» писал: «В феврале месяце во второй половине ночи неожиданно возникло плотное облако, после чего последовал град, и в ту же ночь копейные навершия Пятого Легиона словно объяло пламя.»
Хроникер кругосветного путешествия Магеллана писал: «Во время тех штормов нам много раз являлся сам Святой Эльм в виде света... чрезвычайно темными ночами на грот-мачте, где оставался в течение двух и более часов, избавляя нас от уныния.»
Дарвин писал в своем письме Хенслоу, что однажды ночью, когда «Бигль» стоял на якоре в эстуарии Рио-Плата «все было словно объято пламенем, небо исчерчено молниями, вода светилась множеством огней, и даже на верхушках мачт было голубое пламя».
По словам Френсиса Бейкона, цитирующего Плиния: «Если он (Огонь Святого Эльма) одиночный, то это предвещает сильный шторм, который будет еще сильнее, если шар не завис на верхушке мачты, а крутится или танцует вокруг нее. Однако если их (шара) два, то, даже если шторм усилится, это можно расценивать как добрый знак. Если же их три, то шторм будет еще страшнее.»
В произведении Мелвилла «Моби Дик» Измаил наблюдает: «Все ноки реев были увенчаны бледными огнями, а три высокие мачты, на верхушках которых над трезубцами молниеотводов стояло по три белых пламенных языка, беззвучно горели в насыщенном серой воздухе, словно три гигантские восковые свечи пред алтарём.»
Существует даже теория о том, что причиной крушения легендарного дирижабля «Гинденбург» (названного так в честь президента Германии Пауля фон Гинденбурга) стал Огонь Святого Эльма, который и вызвал возгорание водорода.
Горящий куст, упоминающийся в Библии, возможно, представлял собой одну из форм Огня Святого Эльма.
Научное объяснение явления
Не смотря на множество мифологических трактовок данного природного явления, оно имеет вполне реальное научное объяснение. Бенджамин Франклин был первым, кто поставил знак равенства между Огнем и атмосферным электричеством в 1749 году в своем описании молниеотвода, который, как он считал, может притягивать электрический огонь «из облака еще до того, как оно сможет подойти на достаточное для удара расстояние; и свет будет выглядеть вточь как «Огонь Святого Эльма».
В науке данный феномен известен как коронный или точечный разряд. Он возникает на объектах, особенно одиночных, когда потенциал электрического поля достигает значений более 1000 вольт на сантиметр. В ясную погоду значение потенциала электрического поля атмосферы равно приблизительно 1 вольт на сантиметр. На начальной стадии образования кучево-дождевых (грозовых) облаков поле увеличивается до 5 вольт на сантиметр, и только непосредственно перед ударом молнии достигает значения более 10 тысяч (!) вольт на сантиметр. Таким образом, потенциал электрического поле атмосферы достигает высоких значений, достаточных для возникновения Огней Святого Эльма, только в грозовую погоду. В особо сильные грозы могут светиться даже листья, трава и рога у животных. Свечение Огней Святого Эльма очень часто наблюдается на заостренных объектах в непосредственной близости от торнадо.
Появление коронного разряда объясняется ионной лавиной. В газе всегда есть некоторое число ионов и электронов, возникающих от случайных причин. Однако, число их настолько мало, что газ практически не проводит электричества. При достаточно большой напряженности поля кинетическая энергия, накопленная ионом в промежутке между двумя соударениями, может сделаться достаточной, чтобы ионизировать нейтральную молекулу при соударении. В результате образуется новый отрицательный электрон и положительно заряженный остаток - ион.
Свободный электрон при соударении с нейтральной молекулой расщепляет ее на электрон и свободный положительный ион. Электроны при дальнейшем соударении с нейтральными молекулами снова расщепляют их на электроны и свободные положительные ионы, и т.д.
Такой процесс ионизации называют ударной ионизацией, а ту работу, которую нужно затратить, чтобы произвести отрывание электрона от атома - работой ионизации. Работа ионизации зависит от строения атома и поэтому различна для разных газов. Образовавшиеся под влиянием ударной ионизации электроны и ионы увеличивает число зарядов в газе, причем в свою очередь они приходят в движение под действием электрического поля и могут произвести ударную ионизацию новых атомов. Таким образом, процесс усиливает сам себя, и ионизация в газе быстро достигает очень большой величины. Явление аналогично снежной лавине, поэтому этот процесс был назван ионной лавиной.
При частых столкновениях свободных электронов, ионизированных молекул (ионов) и молекул воздуха высвобождается достаточно энергии для возникновения свечения. Если область столкновения сосредоточена в небольшом объеме, например, вокруг заостренного объекта, свечение при тусклом рассеянном свете становится видимым как голубое или бело-голубое.
Коронный разряд возникает при резко выраженной неоднородности электрического поля вблизи одного или обоих объектов-электродов. Подобные поля формируются у электродов с очень большой кривизной поверхности (заостренные объекты). Величина потенциала электрического поля зависит от геометрии объекта - чем острее вершина, тем сильнее окружающее поле. (Именно на этом принципе основана работа молниеотвода.) Таким образом, ионизация может произойти вокруг острых вершин при атмосферных условиях, которые при обычных условиях не ионизировались бы. Когда отдельная точка находится на высоте 30 - 40 метров, например мачта большого судна, коронные разряды могут возникать в электрическом поле порядка 200 вольт за сантиметр.
Таким образом, в грозовую погоду, при повышении потенциала электрического поля воздуха, вершины мачт могут светиться Огнями Святого Эльма.
