Gömbvillám látszólag a semmiből
 
(2026 július)
 
 
 
Amikor a villám lecsap a talajba, nagy mennyiségű sűrű por, töltött részecske, (ion) marad hátra a levegőben, ami kapcsolatos egy gömbvillám keletkezésével. De látható vonalas villámok nélkül is keletkeznek gömbvillámok. A fizikusok szerint földrengés, mikrometeorit, esetleg kőzetnyomás (piezoelektromosság) lehetnek a keletkezés okai. Egy új hipotézist ismertetünk a következőkben.
A látható vonalas villámokat mindig megelőzik a felszínről induló kisebb energiájú, ≈ 95%-ban pozitív töltésű láthatatlan elővillámok (angolul streamer, nincs magyar kifejezése), melyek csak különleges kamerákkal figyelhetőek meg. Az elővillámokból nagyon sok van, kevés találkozik fentről jövő, látható kisüléssel. Az elővillámok néhány 10 Amperes, esetleg 100 Amperes, 30-60 méter hosszú, és néhány mm átmérőjű plazmaszálak, továbbá látszólag gyengék egy gömbvillámhoz, és a streamerek nem csinálnak egy gömbvillámhoz elegendő port, iont a földfelszínen.
Az elővillámok csúcsa -sreamerfej a csúcs neve- azonban egy nagyenergiájú fizikai jelenség. A streamerben az elektromos tér a levegő átütési feszültségének ( 30kV/cm) sokszorosa, 107 V/m is lehet. A streamer feje egy vékony, mozgékony kis elektronfelhőből és egy lassú, mögötte maradó pozitív ionfelhőből áll. Egy lokális dipólus, ami felgyorsítja az elektronokat, ütközéses ionizációt, láncreakciókat okoz. Az elektronok láncreakciója, a lavina önfenntartóvá válik, és átalakul egy gyorsan haladó streamer-csatornává. 
A streamer fejében lévő elektronok nemcsak ionizálnak, hanem gerjesztik is a nitrogénmolekulákat, majd oxigénmolekulákat. Ha a levegőnek van páratartalma, akkor az elektronok közvetlenül szétpattintják a vízmolekulákat, disszociációt okoznak, a párából hidroxil (-OH) gyökök keletkeznek. Az -OH gyökök igen agresszív rövid élettartamú szabad gyökök, amivel az elővillám a környezetében lévő gázokat oxidálja, és szúrós szaga van az oxidoknak. Ez a folyamat képezi az alapját a modern plazmaalapú légtisztító berendezéseknek. Hasonló szaga van a gömbvillámoknak is. 
 
A gömbvillám kialakulása streamerfejből
A streamerfej lokális dipólusa (elektron- és ionfelhő) nagy elektromos térerőt hoz létre. A felgyorsult elektronok ionizálják, disszociálják a levegő molekuláit (nitrogén, oxigén, vízpára). A folyamat végén egy magas hőmérsékletű, ionizált gázplazma szakad le a streamerről, és gömbbé alakul. A kialakuló Yukawa porplazma felületi feszültsége tartja össze a gömböt. A por minősége meghatározó.
Szükséges a gömbvillámokhoz a magas páratartalom is. a vízpára disszociációjából származó hidroxil (-OH) és oxigén gyökök táplálják a kémiai reakciókat. A talajközeli lebegő részecskék, aerosolok, homokszemek vagy nanorészecskék csak szennyezik a kialakuló gömböt, ha sok benne a nehéz részecske, akkor "leesik".
A plazmában folyó belső áramok mágneses tere összenyomja a plazmaszálat. A szál hosszirányú instabilitása miatt a szál részekre, "gyöngyökre", majd önálló gömbökre szakadozik, néha egyetlen gömbre. A plazmaszál végén található streamerfejben a ≈ 107 V/m -es térerő miatt kialakul egy önálló, zárt lokális kis dipólus, amiért a  plazmaszál növekedése instabillá válik, és néha megszakad. A sűrű, töltött fejrész leszakad a csatornáról és a legkisebb energiájú állapotúra, gömb alakúra változik. A szabadon mozgó azonos töltések taszítják egymást, és igyekeznek a lehető legtávolabb kerülni egymástól, ami egy üreges vagy gömb alakú töltéseloszláshoz vezet, feltéve, hogy a plazmának van felületi feszültsége. 
A tiszta, pára nélküli gázplazma a levegőben mikroszekundumok alatt szétáramlana. A gömb alak a környezetéből származó pára és más por, esetleg homok és más fémsó szennyezések alkotta Yukawa-porplazma. A lebegő párarészecskék, szemcsék negatív töltést vesznek fel a mozgékony elektronoktól. A töltött szemcsék és az ionok együttesen egy erősen viszkózus, szinte folyadékszerű állapotot (Yukawa-plazmát) hoznak létre. A fizikusok 50-100 közötti csatolási állandóval jellemzik. A Yukawa-plazma egy határréteget képez a hideg levegővel, aminek egy, a felületi feszültséghez hasonló jelensége van. A Young-Laplace egyenlet jól leírja a jelenséget. A belső plazmát feszítő ΔP nyomás és a külső atmoszférikus nyomás egyensúlya tartja fenn: ΔP = 4γ/D, ahol D a gömb átmérője, gamma a felületi feszültséget jelöli.
A vízpára disszociációjából keletkező hidroxil (-OH) és oxigén gyökök egy lassú égési/oxidációs folyamata biztosítja a gömb veszteségeit. A kémiai energiaforrás szabályozottan, folyamatosan pótolja a kisugárzott hőt és fényt, így a gömbvillám nem alszik ki azonnal, hanem másodpercekig vagy percekig is stabilan fennmarad.
Egy ≈ 100 A áramerősségű és ≈ 50 m hosszú streamer (elővillám) energiája egy tipikus, 10 cm és 30 cm közötti átmérőjű, átlagos méretű gömbvillám létrehozásához és fenntartásához elegendő. A streamer csatornájában a térerősség kb. 5 ⋅ 10⁵ V/m. Egy 50 m-es szakaszon a feszültségesés 25 millió Volt. Ha a 100 A-es áramcsúcs kb. 100 μs (10⁻⁴ s) ideig áll fenn, akkor a betáplált energia: 250  kJ.  A megfigyelések és plazmamodellek szerint egy átlagos gömbvillám belső energiasűrűsége 1 J/cm³ és 10 J/cm³ között mozog. A streamer energiájának csak egy része (kb. 1-5%-a) fordítódik közvetlenül a gömbvillám magjának (anyagának és  plazmájának) létrehozására, a többi hőként átadódik a környezetbe, ami kb. 2500 - 12500 J tiszta belső energiát jelent. Egy 20 cm átmérőjű gömb térfogata kb. 4188 cm³. Ha 2 J/cm³ energiasűrűséggel számolunk, a gömb teljes belső energiája kb. 8300 J, ami tökéletesen megfelel a streamer által leadott energiaintervallumnak. 
A vízmolekulákból keletkező hidroxil-gyökök és hidrogénionok plazmája nagy energiasűrűséget tárol. A 250 kJ-ból a víz-plazma gömb minimum 10–25 kJ belső energiát képes tárolni a felületi feszültség által bezárt térfogatban, egy 15–20 cm átmérőjű stabil plazmagömböt hoz létre, néha az egész plazmaszál göbbé alakul. Magas relatív páratartalom (vízgőz) vagy közvetlen vízfelület szükséges a gömb kialakulásához.
 A gömb külső felületén lévő töltött szemcsék között olyan erős kohéziós (összetartó) erő lép fel, ami úgy viselkedik, mint a folyadékok felületi feszültsége. A felületi jelenség magyarázza meg, hogy a gömbvillám miért képes alakot váltani, átpréselődni kulcslyukakon vagy ablakréseken, majd a túloldalon újra felvenni a tökéletes gömb alakot (mint egy szappanbuborék), amire egy szilárd fém nanováz képtelen.
A gömbvillámot szennyezett, ionizált "víz-plazma" is alkotja, amelyet a saját elektromágneses tere és a töltött részecskéinek felületi feszültsége zár a gömbbe. A modell tökéletesen megmagyarázza a szagot is, a vízmolekulák szétpattanásakor keletkező hidroxil és oxigén-gyökök a környező levegővel reakcióba lépve ózont és nitrogén-oxidokat hoznak létre, melyek a jellegzetes szúrós szagot adják.