Miks välk on siksakiline?

Teie sõrme ja kraani arved lahenevad siiski teisiti kui äikesepilve ja maapinna omad. Sõrme ja kraaniga on asi lihtne. Kui elektriväli õhus ületab kolm miljonit volti meetri kohta, hakkab õhk elektrit juhtima. Kuid välguga on asi keerulisem. Vaatamata levinud arusaamale, et pikse mõistatuse lahendas Benjamin Franklin juba 250 aasta eest, pole asi sugugi nõnda. Franklin oli küll esimene, kes oma kuulsa loheeksperimendiga tõestas, et välk on elektriline nähtus, kogudes äikesepilvest elektrilaengu. Ja et tal oli õnne ellu jääda – mida ei olnud tema eeskujul Venemaal katset korranud Georg Wilhelm Richmannil –, siis sai Franklin leiutada veel piksevarda.

Õieti algab välgu uurimine lihtsast küsimusest. Miks välk on siksakiline? Lihtsam vastus sellele kõlab nõnda, et elektrilahendus, mis negatiivselt laetud äikesepilve alaosa ja positiivse maapinna vahel elektrilist võrdsust taastada püüab, otsib õhus kergemat teed, s.t niiskemaid kohti, mis paremini elektrit juhivad ning seega võimaldavad luua paremat kanalit. Need magusamad paigad on jaotunud juhuslikult, ja nõnda võib välgunool vahel ka ülespoole suunduda ning lõpuks pilvest õige kaugel maa sisse lüüa. Välgu-uurijad ütlevad, et pikse tee käib astmelise juhtpunktiiri järgi. Nõnda moodustub joonis, mis on tüüpiline enesesarnane

struktuur ehk fraktaal. Välgu võrdlus tagurpidi puuga polegi nii kohatu.

Nobedad elektronid

Põhimõtteliselt on asi teada, kuid kuidas välgu elu täpselt käib, seda alles uuritakse. Huvitav ja füüsikutele kummaline on see, et äikesepilves pole kunagi nii suurt elektrivälja tugevust, kui teie näpu ja ukselingi vahel tekkida võib. Läbilöögiks õhus on vaja kolm miljonit volti meetri kohta, äikesepilves aga on väljatugevus vaid tühised 200 000 volti meetri kohta. Miks siis läbilöök ikkagi toimub?

Siiani arvati, et mõnes äikesepilve siseosas on väli siiski tugevam. Või et läbilöögi võimalust suurendavad pilves leiduvad vihmatilgad või jääosakesed. Kuid need seletused praegu füüsikuid enam ei rahulda. Sest on selgunud, et välgu elust võtavad osa nii kosmilised kiired kui ka peaaegu et valguse kiirusel putku pistvad elektronid. Ehk peenemalt öeldes kulgelektronid. Need on säherdused elektronid, mis ioniseeritud gaasis saavad väljalt enam energiat, kui põrgetes gaasi osakestega seda ära annavad.

Niisiis on välgu näol tegu omamoodi elektronide loodusliku kiirendajaga. Kuidas sellest tõsikindlalt teada saadi? Aga seeläbi, et 1980. aastatel avastati äikesepilvedest uurimislennukiga läbi sõites, et välguga kaasneb röntgenikiirgus. Seda saavad aga valla päästa vaid väga kiired elektronid.

Viimastel aastatel on teadlased loonud paljulubavaid mudeleid, et kirjeldada, kuidas kosmiliste kiirte vallandatud osakeste voog ühes kulgelektronidega välku teeb. Nüüd on selle kohta saadud ka kaudseid tõendeid – hiljuti õnnestus registreerida pikse ajal tekkinud ülisuure energiaga gammakiirguse purse.

Välgujumalad puutornis

2002. aastal ehitati Florida tehnoloogiainstituudis kummaline torn. Puust ja mõneteist meetri kõrgune. Kui äikesepilved kogunevad, kiirustavad teadlased torni. Ning lasevad sealt taevasse meetripikkuse raketi. Raketi sabas tõuseb pilve sisse peen traat, mille kaudu 700 meetri kõrgusele jõudnud metallraketile pinge antakse. Traati läbiv vool aurustab traadi. Moodustub kunstlik kanal, mille läbi välgul on võimalik maa poole kihutama hakata. Vool kannab pilvele lisalaengu ning vallandab astmelise punktiiri ehk välgu. Sünteetilise välgu.

Nüüd püüavad rakett ja torni seadmed registreerida välgu signaali. Eelkõige röntgenikiirgust, mida on ka pidevalt kätte saadud. Kuid eelmisel suvel registreeriti Floridas ka gammakiirgus, mis oli teadlastele tõeline välk ja pauk. Keegi poleks oodanud, et äiksega kaasnevad nii suure energiaga kiirgusosakesed. See näib kinnitavat hüpoteesi, et ka kosmosekiirgusel on välgu tekkes oma osa.

Kui välgu puhul on mängus röntgenikiired, ega need siis ometi meid läbi valgusta või isegi ohtu sea? Sellel murel pole siiski alust.

Kuigi röntgenikiirgus välgukanali läheduses võib olla mitu korda suurem kui traumapunkti röntgeniaparaadis, ei levi need kiired õhus kuigi kaugele. Mistõttu teadlased peavadki röntgenikiirte registreerimiseks saatma pilvesse oma väikerakettidest saadikuid.