Českem se v posledních týdnech prohánějí extrémní bouřky. Je to logické, výkyvy teplot a počasí jsou doprovázeny častějšími a také silnějšími přeháňkami. Během roku lze u nás napočítat v průměru čtyři desítky dní, v nichž bouřky řádí. Přitom je také pravda, že toho o bouřkách ani 323 let po narození Prokopa Diviše (26. března 1698) víme docela málo a jejich elektrické výboje nás dovedou překvapit. Laiky i odborníky. V každém okamžiku se na celém světě odehrávají průměrně asi dva tisíce bouřek, přičemž každou jednotlivou sekundu udeří do země stovka blesků. Téměř čtyři stovky lidí ročně jsou bleskem zasaženy a třetina z nich tuto neblahou zkušenost nepřežije. Co tedy o bouřkách a především pak blesku můžeme říct jistě a co ne?
Smrtelné počátky
Polovina osmnáctého století byla ve znamení prvních výzkumů, které měly určit povahu blesků. Benjamin Franklin, americký vědec, vynálezce a politik, jako první dokázal, že blesk je elektrický výboj. Právě o to mu šlo v experimentu z 15. června roku 1752. Franklin toužebně vyhlížel bouřku, protože potřeboval zjistit, jaká je souvislost mezi bleskem a elektrickým proudem. Ten den se jedna v Pensylvánii prohnala nad místem, které bylo připraveno k pokusu. Byl jednoduchý a vyžadoval hlavně odvahu, protože vědec vypustil směrem k bouřkovým mrakům papírového draka.
Naštěstí mokrý provázek nedržel v ruce, ale přivázal ho ke kovové tyči. Pokus se zdařil i bez toho, aby „pokusník“ položil život na oltář vědy. Obojí ale dokázal o rok později německý vědec Georg W. Richmann, který pracoval v Sankt Petěrburgu. Tak trochu soupeřil s Michailem V. Lomonosovem, kdo bude mít lepší výsledky v „lapání vzdušné elektřiny“. Oba vědci byli onoho osudného srpnového dne roku 1753 na zasedání akademie věd, když dunění hromu ohlásilo blížící se bouřku. To je ihned zdvihlo z křesel a pospíchali ke svým přístrojům.
Bouřkový mrak má základnu kilometr až dva nad zemí a jeho výška se pohybuje okolo deseti kilometrů.
Richmannův systém byl jednoduchý a opravdu velmi účinný. Od kovové tyče na střeše vedl svod přímo do laboratoře, kde měl bláhový fyzik jednoduchý indikátor elektřiny. Očitý svědek, oficiální rytec akademie Ivan A. Sokolov, později událost popsal a navíc i mědirytinou zachytil. Německý vědec se přiblížil k indikátoru, aby ho pozoroval, aniž se jej dotkl. „Najednou se od tyče oddělila modrobílá ohnivá koule velikosti lidské pěsti a pohybovala se vzduchem přímo k čelu pana profesora. Ten padl naznak na truhlici u zdi, nevydav ani hlásku...“ vylíčil událost Sokolov.
Stroj, nikoli bleskosvod
Tato smrt vedla Prokopa Diviše k tomu, aby sepsal v latině své poznatky o svádění elektrických výbojů z mračen do země a poslal je do Sankt Petěrburgu. Bohužel ji uvedl biblickými citáty, takže jí zde nevěnovali pozornost. Ostatně, po smrti Richmanna byly pokusy s blesky v podstatě zakázány. To ovšem neplatilo pro Prokopa Diviše, který dotáhl svůj záměr vyrovnávat elektrické napětí mezi nebem a zemí, a tím zamezit vzniku blesku. V červnu roku 1754 vztyčil svůj první „meteorologický stroj“.
Ačkoliv se o jeho zařízení se čtyřmi sty železnými hroty mířícími k obloze dodnes mluví jako o bleskosvodu, primárně tento účel nikdy nemělo, přestože ho mohlo plnit. V každém případě tito tři zmínění vědci dokázali, že blesk není nic jiného než právě přírodní elektrostatický výboj.
Buňka o průměru kilometrů
Elektrostatický výboj (blesk) proběhne nejčastěji mezi mraky nebo jejich částmi; to jsou takzvané mračné blesky. Podstatně menší počet výbojů (je to asi tak jeden z pěti) nastane mezi mrakem a zemí. To jsou zase zemní blesky a ty nás pochopitelně eminentně zajímají. Vznik blesku je podmíněn existencí bouřkového mraku (kumulonimbus), uvnitř kterého je dostatečně vysoký teplotní rozdíl. Kladné náboje se v mraku shromažďují v horní části, kde se vážou na krystalky ledu, záporné se stěhují do části dolní, v níž se pro změnu vážou na vodní kapky.
Vytvářejí tak jakousi bouřkovou buňku o průměru mnoha kilometrů, která bývá aktivní přibližně půl hodiny a dokáže vygenerovat během minuty asi dva blesky. Takový bouřkový mrak má základnu kilometr až dva nad zemí a jeho výška se pohybuje okolo deseti kilometrů. Uvnitř něj je silné vzdušné proudění (proto se také těmto mrakům snaží vyhnout všichni piloti se svými stroji) oddělující kladné a záporné náboje.
Volty a ampéry
Spodní část mraku se silným záporným nábojem ionizuje vzduch i povrch země pod mrakem. Na něm se pak začíná shromažďovat náboj kladný. To pokračuje do doby, než potenciálový rozdíl mezi nimi vzroste natolik, aby proud nabitých částic prorazil vzduch. Nejdříve si ovšem „hledá“ cestu takzvaný vůdčí výboj, který postupuje rychlostí asi padesáti tisíc kilometrů za sekundu, teprve po spojení se vstřícným výbojem od druhého pólu proběhne vytvořeným ionizovaným kanálem samotný blesk.
Zatímco klasický blesk dokáže svojí teplotou přivést k výbuchu vlhké dřevo stromu, svědci toho kulového si většinou žádného zvýšení teploty nevšimli.
Výboj trvá zlomek sekundy, napětí dosahuje padesáti milionů voltů, proud pak dvou set tisíc i více ampérů. Jsou ovšem i blesky, které míří ze zemského povrchu k mrakům. Takový se však vyskytne jen v jednom případě z dvaceti. Blesky ostatně mohou mířit z bouřkových mraků vzhůru a mohou dosáhnout výšky téměř sta kilometrů nad zemským povrchem. Mezi nimi se občas vyskytnou i takzvaní skřítci – jasně modré, kotoučové a explodující záblesky. I tyto jevy na důkladné vysvětlení zatím čekají.
O kulovém víme kulový
Vědci si doposud všemi mechanismy zcela jisti nejsou, zvláště pak tím, co způsobuje polarizaci elektrického náboje v bouřkových mracích. Jinou záhadu představují kulové blesky. Vyskytují se zcela nepředvídatelně a stejně tak se i pohybují. Čas jejich trvání se počítá na sekundy až minuty. Zatímco klasický blesk dokáže svojí teplotou přivést k výbuchu vlhké dřevo stromu, svědci toho kulového si většinou žádného zvýšení teploty nevšimli.
Blesk tedy vytváří v ovzduší nejen molekuly ozonu (tři atomy kyslíku na místo obvyklých dvou), ale i radioaktivní prvky.
Jednotlivá pozorování udávají různé velikosti, od přirovnání k tenisáku po nafukovací plážový míč. Zánik jevu se také případ od případu liší. Někdy se jen tak rozplyne bez toho, že by cokoli poškodil, jindy sjede do země, občas končí i explozí. Škody jsou často kuriózní – blesk vnikne do místnosti klíčovou dírkou, aby na druhé straně rozbil zeď okolo okna, vyvaří vodu v sudu na zahradě, vytrhá rozvody a pak zmizí výlevkou nebo vytahá všechny hřeby z ostění, poklidně mine několik svědků, aby pak zabil dobytek ve stáji... O vysvětlení existence kulového blesku se vědci pokoušejí už dlouho, dokonce se ho podařilo v několika laboratořích experimentálně vyrobit, ale žádná z teorií zatím nebyla přijata.
Radioaktivní dusík
Že blesk a jeho působení může dodnes překvapit, předvedli vloni japonští fyzici z univerzity v Kjótu pod vedením profesora Teruaki Enota. Dokázali, že tento silný elektrostatický výboj může v atmosféře syntetizovat radioaktivní prvky. Vtip je v tom, že blesk doprovázejí záblesky záření gama. To prokázali už v roce 2006, když vědci sledovali úroveň radiace v Kashiwazaki-Kariwa, jedné z japonských jaderných elektráren. Paprsky gama doprovázejí totiž radioaktivní rozpad jader atomů.
V loňském roce se pak fyzici zaměřili na detekci gama záření v těžkých nízkých bouřkových mracích a podařilo se jim zaznamenat po silných výbojích ze dvou současných blesků záření, trvající několik stovek milisekund. Předpoklad, že interakce záření s jádry atomů vzdušného dusíku „vyrobí“ některý z jeho radioizotopů, se naplnil. Dusík má celkem čtrnáct izotopů, ale vzhledem k tomu, že většina z nich má krátký poločas rozpadu v řádu sekund a jen jediný téměř deset minut, zaměřili se právě na něj, na izotop s nukleonovým číslem 13.
Ten se po uvedené době přeměňuje na izotop uhlíku, ale i to stačilo k jeho detekci. Blesk tedy vytváří v ovzduší nejen molekuly ozonu (tři atomy kyslíku na místo obvyklých dvou), ale i radioaktivní prvky. Nyní je na řadě důkaz předpokladu, že energie blesku dokáže připravit i pozitron, opak elektronu, tedy antihmotu.
Reklama
foto: Profimedia, zdroj: Phys.org