A bola relâmpago pode ser mais exótica do que as faíscas de microondas, mas a maioria dos cientistas está convencida de que não é menos real. Martin A. Uman, presidente do departamento de engenharia informática eléctrica da Universidade da Florida, em Gainesville, explica:
“O relâmpago de bola é um fenómeno muito bem documentado no sentido em que tem sido visto e descrito consistentemente por pessoas de todas as camadas sociais desde os tempos dos antigos gregos. Não há teoria aceite para o que o provoca. Não consiste necessariamente em plasma; por exemplo, o relâmpago de bola pode ser o resultado de um processo de achemiluminescência. A literatura abunda com especulações sobre a física do relâmpago de bola”.
Peter H. Handel no Departamento de Física e Astronomia da Universidade do Missouri em St. Louis forneceu uma visão detalhada e avança o seu modelo favorito de relâmpago de bola:
“De acordo com investigações estatísticas realizadas por J. R. McNally em 1960 (J. R. McNally, “Preliminary Report on BallLightning” in Proceedings of the Second Annual Meeting of the Division of Plasma Physics of the American Physical Society, Gatlinburg,No. 2AD5 , Paper J-15, pp. 1AD25), o relâmpago de bola tem sido visto por 5% da população da Terra. Esta percentagem é mais ou menos a mesma que a fracção da população que viu um relâmpago normal a curta distância – ou seja, suficientemente perto para ver o ponto directo do impacto do relâmpago.
“Os relâmpagos de bola eram vistos e descritos desde a antiguidade, frequentemente por grupos de pessoas, e registados em muitos lugares. É em geral descrito como uma esfera luminosa, na maioria das vezes do tamanho da cabeça de uma criança pequena. Aparece normalmente durante trovoadas, por vezes em poucos segundos de relâmpagos, mas por vezes sem ligação aparente a um relâmpago. Em alguns casos, os relâmpagos de bola aparecem após uma trovoada – ou mesmo antes dela. A sua duração varia muito, variando de alguns segundos a vários minutos; a duração média é de cerca de 25 segundos. A duração do relâmpago de bola tende a aumentar com o tamanho e a diminuir com a luminosidade. As bolas que aparecem claramente alaranjadas e azuis parecem durar mais do que a média. Muitas destas características gerais baseiam-se no trabalho de A. I. Grigoriev, que analisou mais de 10.000 casos de relâmpagos com bola (A.I.Grigoriev, “Statistical Analysis of the Ball Lightning Properties”, in Science of Ball Lightning, editado por Y. H. Ohtsuki, World ScientificPublishing Co., Singapura, 1988, pp. 88AD134).
“O relâmpago esférico move-se normalmente paralelamente à terra, mas dá saltos verticais. Por vezes, desce das nuvens, outras vezes materializa-se de repente ou dentro ou fora de casa, ou entra numa sala através de uma janela fechada ou aberta, através de paredes finas não metálicas ou através da chaminé. Quando passa através de janelas fechadas, a bola relâmpago danifica-as com pequenos furos cerca de um terço do tempo. As bolas não têm um efeito de flutuabilidade observável. Todos estes atributos levaram o grande físico russo Pyotr Kapitsa em 1955 a interpretar o relâmpago da bola como uma descarga sem eléctrodos causada por uma onda UHF de origem desconhecida presente entre a terra e a nuvem; versões anteriores desta ideia datam da década de 1930.
“Os cientistas têm desde então aperfeiçoado a especulação de Kapitsa. A Teoria Maser-Soliton,que descrevi pela primeira vez em 1975 (P.H. Handel, “Maser Theory of Ball Lightning” in Bulletin of the American Physical Society Series II, Vol. 20, No. 26), é a versão actual da abordagem da descarga UHF. Tenho vindo a dirigir a investigação sobre a Teoria Maser-Soliton no Centro Científico de Kurchatov, em Moscovo, desde 1992. De acordo com esta teoria, os raios de bola ao ar livre são causados por um maser atmosférico – análogo a um laser, mas que funciona com uma energia muito inferior – tendo um volume da ordem de muitos quilómetros cúbicos.
“Em termos técnicos, o maser é gerado por uma inversão de população induzida nos níveis de energia rotacional das moléculas de água pelo pulso de campo curto associado ao raio de luz. O grande volume de ar que é afectado pelo choque torna difícil a fuga dos fotões antes que estes causem “amplificação por microondas por emissão estimulada de radiação” (o efeito maser). A menos que o volume de ar seja muito grande ou então esteja encerrado numa cavidade condutora (como é o caso dos relâmpagos de bola em aviões ou submarinos e, em certa medida, também em interiores), as colisões entre as moléculas irão consumir toda a energia da inversão populacional. Se o volume for grande, o maser pode gerar um campo eléctrico localizado ou soliton que dá origem ao raio de bala observado. No entanto, tal descarga ainda não foi criada no laboratório.
“A Teoria Maser-Soliton é suportada por três factos bem conhecidos. Primeiro, os raios de bola nunca ocorrem em picos montanhosos agudos, edifícios altos e outros pontos altos que atraem raios e que são utilizados para a pesquisa de raios por especialistas em electricidade atmosférica. (O investigador de relâmpagos Karl Berger disse-me que passou a sua vida a registar e a medir centenas de milhares de descargas atmosféricas que atingem o seu laboratório no topo do Monte Salvatore, em Lugano, Itália, sem obter vestígios de relâmpagos). A incapacidade de observar relâmpagos de bola em tais cenários levou a uma frustração generalizada e até a um cepticismo sobre a realidade do fenómeno. Mas, de facto, o pulso de campo dos relâmpagos que atingem objectos altos e com picos é localizado num cone estreito que encerra um volume relativamente pequeno. De acordo com a Teoria Maser-Soliton, este ambiente impede o efeito maser. Por outro lado, quando um raio atinge as terras planas, o pulso de campo resultante é enorme: cerca de 10 quilómetros de largura e três quilómetros de altura. O relâmpago de bola mantém assim os seus segredos: ele visita o agricultor e evita o cientista!
“Segundo, os relâmpagos de bola são inofensivos dentro de aviões e submarinos ou em casas que têm uma moldura condutora.Mais uma vez de acordo com a Teoria Maser-Soliton, a energia do maser em tais cenários é limitada a cerca de 10 joules (em contraste com um limite de 109 a 1010 joules ao ar livre), muito pouco para ser perigoso para a vida.
“E em terceiro lugar, os relâmpagos de bola ao ar livre muitas vezes acabam com uma explosão violenta, causando por vezes danos extensos. A explosão é particularmente estranha porque desloca violentamente os objectos condutores a um grau maior do que os dieléctricos. Por exemplo, as caixas de ligação eléctrica são por vezes extraídas do interior das paredes das casas por relâmpagos de bola ao ar livre e atiradas para o meio da rua. A Teoria de Maser-Soliton prevê que tal pico ocorreria quando as cargas desaparecessem. (Quando a descarga que consumia os fótons gerados pelo maser desaparece subitamente, estes fótons chegam a viver mais tempo e a multiplicar-se instantaneamente, sem limites pelo efeito maser. Esta proliferação desencadeia uma avalanche instantânea ainda maior de fotões e um crescimento exponencial praticamente instantâneo do campo eléctrico. O aumento ocorre demasiado rapidamente para causar avaria eléctrica ou aquecimento, mas pode causar efeitos mecânicos “ponderomotores” muito grandes, que podem rasgar objectos compostos com constantes dieléctricas variadas.)
“As experiências pioneiras de iluminação com esfera de descarga UHF de Ohtsuki e Ofuruton no Japão (Y. H. Ohtsuki e H. Ofuruton, ‘PlasmaFireballs Formed by Microwave Interference In Air’ in Nature Vol. 350 (1991), página 139) e as pesquisas acima mencionadas em Kurchatovin Moscow (V. A. Zhil’ tsov, C9. A. Manykin, E. A. Petrenko; e A. A. Skovoroda, J. F. Leitner e P. H. Handel, ‘Spatially Localized MicrowaveDischarge in the Atmosphere,’ in JETP Vol. 81 ,pp. 1072-81) ajudaram na solução do enigma da luz da bola. Agora que se pretende compreender a verdadeira natureza do raio da bola, é particularmente lamentável que não haja fundos disponíveis nos EUA para o estudo e a reprodução controlada deste fascinante fenómeno.
“Um ponto focal para a investigação sobre a iluminação com bola será o Quinto Simpósio Internacional de Iluminação com Bolas, a 26-29 de Agosto de 1997, organizado por Y. H. Ohtsuki e H. Ofuruton do Tokyo Metropolitan College of AeronauticalEngineering (para informações, envie um e-mail para [email protected]). Serei o representante dos EUA no Comité Internacional; posso ser contactado em [email protected]”
A comunidade científica está cada vez mais convencida de que o relâmpago de bola é um fenómeno real (embora ainda haja alguns cépticos). Por outro lado, o que poderia causar relâmpagos com bola é fonte de controvérsia constante. Anteriormente, analisámos a teoria acima. John Lowke, um físico de plasma do Institute of Industrial Technologies, CSIRO, na Austrália, oferece outra teoria sobre o fenómeno:
“Embora exista pelo menos um livro sobre relâmpagos que questiona a existência de relâmpagos de bola e eu nunca tenha visto o fenómeno pessoalmente, sinto que não há dúvida de que os relâmpagos de bola existem. Falei com seis testemunhas oculares do fenómeno e penso que não há dúvidas razoáveis quanto à autenticidade das suas observações. Além disso, os relatórios são todos notavelmente semelhantes e têm características comuns com as centenas de observações que aparecem na literatura.
“Um raio de bola é tipicamente descrito como uma bola luminosa de um a 25 centímetros de diâmetro com cerca da intensidade de uma lâmpada incandescente de 20 watts; o fenómeno ocorre normalmente após um relâmpago. Quase sempre se move, tem uma velocidade máxima de cerca de três metros por segundo e flutua a cerca de um metro acima do solo. O movimento pode ser contrário à brisa dominante e pode mudar de direcção erraticamente. O relâmpago da bola pode durar até 10 segundos, após o que a bola se apaga sem ruído ou com um estrondo. Tem havido muitas observações de relâmpagos de bola dentro de casas e até de aviões de transporte aéreo. Houve também uma série de observações de relâmpagos de bola passando por janelas de vidro fechadas, sem danos aparentes para o vidro. Normalmente não há produção discernível de calor, embora uma observação recente tenha relatado uma tábua de madeira que foi cantada. Várias pessoas relataram o cheiro de ozono e óxidos de azoto associados a raios de bola e também estática num rádio transístor.
“Os cientistas têm-se debatido durante décadas para formular uma explicação plausível para a existência de uma bola de plasma estável. Um globo de plasma quente deveria elevar-se como um balão de ar quente, mas as observações geralmente não relatam tal comportamento. Porque é que uma bola deste tipo se move, geralmente contrária ao vento? Que fontes de energia sustentam a bola relâmpago, dado que se espera que tal bola diminua rapidamente em intensidade?
“Tem havido centenas de papéis, e pelo menos em três livros, discutindo o raio da bola. A maioria das teorias levanta mais questões do que aquelas que afirmam resolver. Provavelmente a teoria mais famosa foi avançada pelo Prémio Nobel russo Pyotr Kapitsa, que afirmou que o relâmpago de bola é causado por uma onda de electromagneticradiação permanente. Mas porque deveria haver uma onda de radiação electromagnética em pé? Outras teorias afirmam uma variedade de fontes de energia para o relâmpago de bola, incluindo energia atómica, antimatéria, material em combustão ou o campo eléctrico a partir de uma nuvem.
“Não existe uma teoria geralmente aceite de relâmpagos de bolas de balão. Eu tenho a minha própria teoria, publicada no Journal of Physics D: Applied Physics, (“A Theory of Ball Lightning as an ElectricDischarge” in Vol. 29, No. 5, páginas 1237-1244; May1996). Proponho que o relâmpago de bola seja alimentado pelo campo eléctrico associado a cargas dispersas na terra após um raio. O movimento da bola é controlado pela velocidade da carga eléctrica à medida que se dispersa no solo após o período inicial de ‘avaria’ eléctrica que ocorre no momento da queda da bola. No meu trabalho, sugiro que esta descarga é semelhante a uma descarga corona (como ocorre em torno de transformadores de alta tensão) e consiste numa sucessão de impulsos eléctricos que têm lugar numa escala de tempo amicrossegundo.