Как науката обяснява чудесата от околния свят

Всеки ден човек се сблъсква с необичайни явления на природата. Някои – опасни. Други – красиви толкова, че ти спира дъхът.

Случват се и редки, но любопитни явления, като кълбовидната мълния или северното сияние. Тяхната привлекателна сила е породила редица митове и легенди.

Как всъщност се образуват тези чудеса от гледна точка на науката?

По неизвестни засега причини веднъж на три-седем години пасатите изведнъж отслабват, балансът се нарушава и топлите води от западния басейн се устремяват на изток, създавайки едно от най-силните топли течения в Световния океан.

На огромни площи в източната част на Тихия океан, в тропическите и централните екваториални части, настъпва рязко повишение на температурата на повърхностния слой на водата. Това е настъпването на Ел Ниньо. Суша и дъждове, урагани, смерчове и снеговалежи са главните му спътници.

Това метеорологично явление според учените оказва влияние практически на всеки жител на планетата. Изследователите имали нужда от повече от сто години, за да разберат истинската сила на Ел Ниньо.

През пролетта на 1998 година върху Южна Калифорния се стоварили проливни дъждове, които не спирали. В същото време австралийският Куинсланд страдал от противоположния проблем – от небивала суша. И това са само два примера за природните аномалии, обхванали света през тази година.

От наводненията и последвалата ги холера пострадали Перу и Кения, масовите горски пожари и гъстият смог предизвикали суша в Индонезия… Времето буквално излязло от контрол, но учените били сигурни – всичко това са звена от една верига. И тогава било открито явлението, известно на рибарите от хиляди години, но неразглеждано до този момент от научна гледна точка.

Крайбрежието на Перу се смята за един от най-богатите на риба региони. Но с периодичност от няколко години в повърхностните води възниква топло течение, след което характерният за тукашните места морски живот изчезва, започват дъждове, на сушавите почви бурно започват да растат треви.

Това винаги се случва по едно и също време от годината – например по Рождество. Затова загадъчното явление е получило названието Ел Ниньо, което в превод означава „момчето“, а написано с главна буква, сочи младенеца Христос.

© NASA ScientificVisualization Studio

До 90-те години на XIX век перуанската аномалия не вълнувала световните умове. След това един британски учен на име Херберт Уолкър се заинтересувал от проблема, съществуващ в най-голямата колония на империята – в Индия: тук през 1877 г. нямало мусонни дъждове. Гладът отнел 5 милиона живота. Трагедията се повторила през 1899 г.

Британското правителство поставило пред учените задачата да прогнозират сезона на дъждовете. Уолкър изяснил, че всичко опира до атмосферното налягане – когато в централната част на Тихия океан то нараства, в Индонезия и Северна Австралия спада. И обратното. По такъв начин било доказано съществуването на осцилации (колебания) в атмосферното налягане с периодичност 3–5 години.

Това бил истински пробив, но съвременниците разкритикували идеята на британеца. Били нужни половин век и малко късмет, за да получи откритието второ рождение.

През 1957 г. по програма на ООН в Тихия океан били поставени няколко шамандури за измерване на колебанията на температурите. Тъкмо през тази година се паднало голямо Ел Ниньо. Така напълно случайно били получени уникални данни за това явление.

Учените открили, че измененията по перуанското крайбрежие носят нелокален характер, че в периода на Ел Ниньо топлите слоеве на водата от района на Индонезия се преместват по океана и достигат перуанското крайбрежие, и обратно.

През 60-те години норвежкият учен Якоб Беркнис, който оглавявал метеорологичния департамент на Калифорнийския университет от 1940 година, си сътрудничил с комисията по улов на риба тон – изучавал периодите на активност на рибите, подлагането им на климатичните изменения. Изследователят събрал всички налични данни и първи свързал измененията на температурата на повърхностните води с измененията в атмосферата над Тихия океан.

В нормални условия топлите води остават в западната част на Тихоокеанския басейн, а пасатите духат от изток на запад. Така около Индонезия се образува зона на ниско налягане – образуват се облаци и валежи. Но при Ел Ниньо картината е противоположна. Това смесване предизвиква наводнения в Перу, суша в Австралия и урагани в Калифорния.

Ел Ниньо е способен да промени дори хода на историята. Учените са открили няколко потвърждения за това: когато заради Ел Ниньо зимата в Европа била сурова, гладуващите селяни започвали бунтове – така започнала Френската революция; през 1587–1589 година испанската армада била победена далеч не от британския флот, а от прословутия Ел Ниньо, изменил посоката на вятъра, изпълващ платната на испанците; дори в гибелта на „Титаник“ се обвинява това явление, създало необичайно студени услови в Северния Атлантик.

Лъчите на полярното сияние обгръщат цялото небе… Невероятната красота на приливите не оставя никого равнодушен – дори опитни изследователи не престават да се удивляват на това поразително природно явление.

В Северното полукълбо полярното сияние е характерно за Канада, Аляска, Норвегия, Финландия и някои части на Русия. Полярно сияние може да се наблюдава и в Южното полукълбо, например на Антарктида, по-рядко – в средните ширини.

Митовете за това явление са множество. Така според легендата на жителите на тундрите северното сияние е огън, запален от орел в помощ на дядо и внуче, които търсели в тъмнината раненото си при лов куче.

Сиянието осветява пътя на тези, които искат да извършват добри дела. В норвежката митология северното сияние е предвестник на лошо време. А викингите отъждествявали този природен феномен с бог Один.

Макар да сме свикнали със словосъчетанието „северно сияние“, съществува и южно полярно сияние. До неотдавна се смятало, че сиянията на Южния и Северния полюс се явяват идентични. Но когато започнали да ги наблюдават от Космоса, станало ясно, че по много характеристики – конфигурация, интензивност, светене – те се различават.

Източник на сиянията е слънчевият вятър – поток заредени частици (протони и неутрони), които Слънцето изпуска в Космоса. Слънчевите частици влизат в магнитосферата през полярните области на Земята и ако зарядът им е достатъчен, те преминават в атмосферата, където се сблъскват с газовите атоми – така възниква светенето.

На височина около 200 км кислородните атоми светят в червено, а тези, които са по-ниско – в зелено. Цветът на полярното сияние зависи от участващите в процеса на образуването му елементи. Така азотът ще свети в червеникави или синкави оттенъци.

На 14 февруари 2011 година на Слънцето било фиксирано силно изригване. Активността на светилото нараснала. От МКС били направени няколко снимки, които фиксирали любопитни последствия от това изригване – полярно сияние на нетипичната височина 400 км (при традиционната височина 70-80 км).

Северното сияние е и видимата проява на космическото време: Слънцето е спокойно – няма сияние, появяват се петна на звездата или пламенни езици – чакай огньове на Земята. Независимо че природата на това явление е доста добре изучена, човек и до днес не може да предскаже неговото възникване със 100-процентова точност.

© David Cartier/ NASA

Разбира се, полярното сияние не само се вижда, но и чува. Северните племена отдавна са забелязали, че в периода, когато небето се разкъсва от огньовете, някои хора започват да се държат странно – разговарят с несъществуващи събеседници или напълно се откъсват от външния свят.

Учените обясняват този феномен с нискочестотните електромагнитни вълни, които поражда северното сияние. Те се излъчват в диапазона 8–13 херца, което е сродно на бета- и алфа-ритмите на главния мозък.

Инфразвуковите вълни не се възприемат от човешкото ухо (шумът на дъгите от полярното сияние става чуваем едва при увеличение 2000 пъти), но той може да окаже най-непредсказуемо въздействие върху мозъка и сърдечносъдовата система.

Независимо от аргументираното обяснение очевидци, наблюдаващи полярно сияние, нерядко казват какво точно чуват – нещо от рода на съскане. Най-правдоподобното обяснение на този загадъчен феномен, смятат учените, са взаимни смущения в мозъка.

Когато оптичният нерв се намира редом до слуховия, между тях може да възникнат взаимни смущения и човек да получи усещането за звук, когато всъщност такъв няма.

Интересен е фактът, че полярни сияния могат да се случват и на други планети от Слънчевата система, които имат атмосфера и магнитно поле – на Венера, Сатурн и Юпитер.

Пархелий – това е една от формите на хало, оптичен феномен, при който около източника на светлина се образува светещ пръстен.

По време на пархелия на небето се наблюдава едно или няколко допълнителни лъжесветила. Смята се, че именно това явление най-често се взема за НЛО.

Действително, външно то напомня раздвоено изображение на летяща чиния. В стари времена на халото, както и на много други небесни явления, се приписвало мистично значение на знамение, както става ясно от множество летописни свидетелства от различни точки от света.

При хало Слънцето изглежда така, сякаш се вижда през голяма лупа. Всъщност това по-скоро е ефект на милиони лещи, в ролята на които влизат ледени кристали. Водата, замръзнала в горните слоеве на атмосферата, образува микроскопични плоски, шестоъгълни кристали лед.

Те постепенно се спускат на земята, като обикновено са ориентирани успоредно на нейната повърхност. Погледът преминава през тази плоскост, образувана от кристалите, които пречупват слънчевата светлина.

При благоприятни обстоятелства може да се наблюдават лъжливи слънца – светило в центъра и няколко добре видни негови двойника по краищата. Понякога при това се появява светъл, леко оцветен в цветовете на дъгата кръг, заобикалящ Слънцето.

Разбира се, облаците не са задължително условие за появата на хало. То може да се наблюдава и при чисто небе, ако високо в атмосферата плават много отделни ледени кристалчета. Така се случва в мразовитите зимни дни при ясно време.

Около Слънцето може да се появи светъл хоризонтален кръг, опасващ небето успоредно на хоризонта. „Специални експерименти, които нееднократно са провеждали учените, сочат: този кръг е резултат на отразяването на слънчевите лъчи от страничните граници на шестоъгълните кристали лед, плаващи във въздуха във вертикално положение.

Лъчите на Слънцето падат върху тези кристалчета, отразяват се от тях като от огледало. А понеже това огледало е особено, то е съставено от безкрайно множество ледени частици и за известно време се оказва сякаш лежащо в плоскостта на хоризонта. Именно отражението на слънчевия диск вижда човек в тази плоскост.

Получават се две слънца – едното е истинското, а редом до него, но в друга плоскост – негов двойник във вид на голям светъл кръг“ – така изследователите обясняват феномена.

Пархелий Wikimedia Commons

Халото може да се вижда във формата на стълб. За този ефект трябва да благодарим на кристалите лед, които имат форма на пластина. Техните долни граници отразяват светлината на вече скрилото се зад хоризонта Слънце и вместо него виждаме известно време отиваща в небето от хоризонта светеща пътечка – изкривено до неузнаваемост изображение на слънчевия диск.

По-просто казано, това е същата „лунна пътека“, която може да се наблюдава на морската равнина, само че в небето и породена от Слънцето.

Халото може да бъде и с цветовете на дъгата. Такъв кръг възниква, когато в атмосферата многобройните ледени кристалчета не отразяват, а пречупват слънчевите лъчи като стъклена призма.

Повечето лъчи се разсейват, но част от тях преминават през намиращите се във въздуха призми и пречупвайки се, достигат до нас и ние виждаме кръг от дъга около Слънцето. Той е с цветовете на дъгата поради това, че преминавайки през призмата, белият светлинен лъч се разлага на цветовете от спектъра.

Любопитно е, че хало често се наблюдава в предната част на циклони (в пересто-слоести облаци на височина 5-10 километра от топлия фронт), което следователно може да служи като признак за тяхното приближаване.

Изобщо Слънцето е богато на загадъчни и красиви явления. Например зеленият лъч – рядко оптично явление – представлява изблик на зелена светлина, която се появява по време на изчезването на Слънцето зад хоризонта (обикновено морския) или появата му иззад хоризонта.

Обикновено това продължава няколко секунди. За да видим зелен лъч, са необходими три условия – чист въздух, открит хоризонт (на море без вълнение или в степи) и хоризонт, където Слънцето изгрява или залязва (изток или запад), свободен от облаци.

Източно от Сиера Невада в Калифорния, на пресъхналото езеро Рейстрак Плая, се е протегнал националният парк Долина на смъртта, владетел на титлата на най-сухото и горещо място в Западното полукълбо.

Това място дължи нееднозначното си название на преселници, които пресекли пустинната територия през 1849 година в стремежа си да намерят най-прекия път до златните мини.

Някои останали в долината завинаги… Именно на това зловещо място е открит рядък геоложки феномен – пълзящите камъни.

Камъни с маса до тридесет килограма по непостижим начин бавно се движат по тинестото дъно на езерото, което се потвърждава от следите, останали зад тях с дължина до 250 метра. Освен това скитащите камъни пълзят в различни посоки, с различна скорост и дори могат да се върнат обратно на мястото си на тръгване.

Следите, не по-широки от 30 сантиметра и дълбочина под 2,5 см, които те оставят, могат да се формират с години. Движението на камъните нито веднъж не е запечатвано с камера, но в съществуването на това явление няма съмнение.

Предсказуемо е, че преди феноменът е „обясняван“ с влиянието на някои свръхестествени сили. Но в началото на ХХ век към изследването на природата на чудото пристъпили учените.

Отначало се смятало, че движеща сила на камъните са магнитните полета на Земята. Самия механизъм учените не успели да обяснят. Както показал животът, теорията била несъстоятелна, макар и за времето си да се вписвала в картината на света- електромагнитният подход към изучаването на едни или други явления тогава господствал в научните кръгове.

© Racetrack Playa/ Wikimedia.org

Първите сериозни работи с описание на траекторията на камъните се появили в края на 40-те и през 50-те години, но още години и години били необходими на изследователите, за да се приближат към разгадаването на феномена.

Най-популярна била теорията, според която вятърът помага на камъните да сменят местоположението си. Тинестото дъно на Рейстрак Плая – мястото за „разходка“ – е покрито с мрежа пукнатини и почти през цялото време остава сухо, растителността тук е оскъдна. Понякога почвата тук се овлажнява от редките валежи, силата на триене намалява и силните пориви на вятъра преместват камъните от местата им.

Теорията се сдобила с редица противници, но най-аргументирано опровержение ѝ намерили чак през 70-тегодини американските учени Робърт Шарп и Дуайт Кери. За годините изучаване на тази пустинна местност и наблюдения на камъните те стигнали до извода, че само вятърът не е достатъчен.

Двамата предположили (и дори доказали по експериментален път), че вятърът тласкал не толкова самите камъни, колкото парчетата лед, образували се по тях, които на свой ред увеличават площта на контакта с атмосферата и облекчават плъзгането.

През 1993 година проф. Пола Месина от университета в Сан Хосе използвала GPS за изучаването на движението на камъните. Тя изучила изменението на координатите на 162 камъка и изяснила, че на движението им влияе това, в каква част на Рейстрак Плая се намират те.

Според създадения модел вятърът над езерото след буря се разделя на два потока, което е свързано с особеностите на геометрията на планините, заобикалящи Рейстрак Плая. Камъните, локализирани по края на езерото, се преместват в различни, практически перпендикулярни посоки. А в центъра ветровете се сблъскват и се завъртат в своего рода торнадо, карайки и камъните да се въртят.

Е, засега не съществува адекватно обяснение на любопитния факт, че едни камъни по пустините пълзят, а други – не. Ако на всички буци в еднаква степен им влияят вихрите на вятъра, защо не всички те се движат? Това предстои да се изясни.

Дори обикновените (линейни) мълнии не са докрай изучено явление, а кълбовидните са истинска загадка и при сегашното ниво на развитие на науката.

Митове и легенди от древни времена представят кълбовидната мълния в най-различни облици, но най-често във вид на чудовище с огнени очи. Първите документални свидетелства за това явление идват още от времената на Римската империя.

Многобройни очевидци обикновено така описват кълбовидната мълния: ярка светеща топка, несвързана с какъвто и да е източник на енергия, движи се както хоризонтално, така и хаотично. В редки случаи мълнията „прилепва“ например към далекопроводи и се движи по тях. Нерядко попада в закрити помещения през ключалки, по-малки от нейния диаметър.

Тя изчезва също толкова спонтанно, както се появява – може да се взриви, а може просто да угасне. Още една загадка е в това, че представлявайки горещ газ, мълнията не се смесва с околната атмосфера, а има доста ясна граница на „топка“.

Кълбовидната мълния живее около 10 секунди. При движение тя често издава пукане или съскане. А най-разпространените ѝ цветове се явяват червен, оранжев, жълт, бял и син.

„Изобщо, цветът на кълбовидната мълния не се явява неин характерен признак и нищо не говори за нейната температура, дори и за нейния състав. Вероятно той се определя от наличието на едни или други примеси“, пояснява в книга, посветена на кълбовидните мълнии, руският доктор на физико-математическите науки Игор Стаханов.

Светлинният поток от кълбовидна мълния средно е сравним с този, който изпуска електрическа крушка.

Удивителното в кълбовидната мълния е това, че тя почти не излъчва топлина. Според експерти хората се заблуждават от интензивното светене – човек вижда „разтопената“ топка и чувства топлина, каквато всъщност няма.

Често кълбовидната мълния преминава на разстояние 10-20 сантиметра от незащитените с дрехи части на тялото, например от лицето, без да предизвика никакви последствия. Но при директен контакт с обекта увреждания все пак са възможни – случвало се топката да влети през прозореца и да подпали пердето или да обгори метални предмети.

Тези свидетелства, твърдят учените, говорят само за възможността за отделяна значителна енергия, но не и за висока температура на веществото на самата мълния.

Изучаването на този загадъчен феномен се усложнява от това, че засега е невъзможно да се получи кълбовидна мълния в лабораторни условия, макар опити да се правят още от времената на Никола Тесла. По думите на изследователите в работата си те често се опират само на показанията на очевидци.

Понякога се твърди, че светещите топки възникват на местата на падането на линейни мълнии. Нерядко кълбовидната мълния се появява от проводници – от телефонния апарат, от розетката и т.н.

Blingcheese.com

И така, според изследванията на физици, „кълбовидната мълния представлява проводна среда с плътността на въздуха, при температура, близка до стайната. Молекулите ѝ са метастабилни и отделят енергия, служеща за източник на излъчваната топлина и светлина“.

Съществуват още няколко любопитни теории на възникването на кълбовидната мълния. Например редица изследователи смятат, че тази мълния е плазмоид, тоест обем, запълнен с високотемпературна плазма, задържана от собствено магнитно поле.

Същото магнитно поле, което пречи на разлитането на частиците плазма, може да я изолира от околния въздух и да попречи на бързото разсейване на енергията. Противниците на тази идея говорят: проблемът на кълбовидната мълния няма нищо общо с осъществяването на управляем термоядрен синтез.

Учените смятат също, че кълбовидната мълния може да се състои или от неутрални молекули в основно състояние, или от молекули, възбудени на метастабилно ниво. Това е така наречената химична хипотеза.

Борис Смирнов, водещ учен в областта на атомната физика в Русия, смята, че енергията на мълнията е заключена в озон и се отделя при неговото разлагане. За получаване на по-високи концентрации на озона според теорията на Смирнов се изисква възбуждането на кислорода от тока на мълнията.