Gömbvillám látszólag a semmiből
 
(2026 július)
 
 
 
Amikor a villám lecsap a talajba, nagy mennyiségű sűrű por, töltött részecske, (ion) marad hátra a levegőben, ami oka lehet egy gömbvillám keletkezésének. 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 (ang.: streamer), melyek csak különleges kamerákkal figyelhetőek meg. Az elővillámokból nagyon sok van, kevés  találkozik fentről jövő kisüléssel. Az elővillámok néhány 10 Amperes, esetleg 100 Amperes, 30-60 méter hosszú, és néhány mm átmérőjű plazmaszálak, 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 gáz, plazma szakadhat le a streamerről, és gömbbé alakul. A kialakuló Yukawa plazma felületi feszültsége tartja össze a gömböt.
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.
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.