Tia sét mang điện tích gì? Tia sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất hay giữa các đám mây mang các điện tích khác dấu.
Theo Science ABC, trong mỗi cơn dông, những đám mây đen thường mang điện tích âm và mặt đất do cảm ứng nên thường mang điện tích dương. Điện tích dương ở mặt đất thường có mật độ lớn ở các vị trí như ngọn cây hay đỉnh tháp, do 2 điện tích cùng dấu đẩy nhau nên khi mật độ điện tích ở những nơi này càng lớn, một phần điện tích sẽ bị đẩy vào trong lớp không khí hỗn loạn trong khí quyển và “nằm bất động” ở tần thấp dưới những đám mây.
Khi những đám mây phóng điện xuống đất, những tia sét đầu tiên mang điện tích âm sẽ đi qua không gian chứa những điện tích dương hỗn loạn phía dưới và thường tìm đến điện tích dương liền bên theo quy luật trái dấu hút nhau khiến tia sét phân nhánh rất nhiều trước khi đến được mặt đất. Nếu trong không gian đó có 2 hay nhiều hơn điện tích dương, tia sét sẽ phải đi theo nhiều đường nhánh mà không không phải là theo một đường thẳng tắp xuống đất.
Khi phóng điện trong khí quyển tia sét có thể di chuyển với tốc độ 36.000 km/s vì sét là sự di chuyển của các ion nhưng hình ảnh của sét là do dòng plasma phát sáng tạo ra nên có thể thấy nó trước khi nghe tiếng động vì tiếng động chỉ di chuyển với tốc độ 1.230 km/h trong điều kiện bình thường của không khí còn ánh sáng đi được 299.792 km/s.
Sét đạt tới nhiệt độ 30.000 °C, gấp 20 lần nhiệt độ cần thiết để biến cát silica thành thủy tinh (chỉ cần 1330 °C để làm nóng chảy SiO2), những viên đá được tạo ra bởi sét đánh vào cát gọi là fulgurite (thường nó có dạng hình ống do sét di chuyển vào lòng đất). Có khoảng 16 triệu cơn dông mỗi năm.
Khi hai đám mây tích điện trái dấu lại gần nhau, hiệu điện thế giữa chúng có thể lên tới hàng triệu von. Giữa hai đám mây có hiện tượng phóng tia lửa điện và ta trông thấy một tia chớp. Vài giây sau ta mới nghe thấy tiếng nổ, đó là “sấm” (vận tốc ánh sáng nhanh hơn vận tốc của tiếng động nên ta trông thấy tia chớp trước).
Nếu có đám mây dông tích điện đi gần mặt đất tới những khu vực trống trải, gặp một vật có độ cao như cây cối, người cầm cuốc xẻng… thì sẽ có hiện tượng phóng tia lửa điện giữa đám mây và mặt đất. Đó là hiện tượng sét đánh.
Các loại sét
Các tia sét khác nhau có các đặc tính cụ thể, các nhà khoa học và dân thường đã đặt tên cho rất nhiều loại sét khác nhau. Loại thường xuất hiện nhất là vệt sét. Nó chẳng là gì khác ngoài việc trao đổi điện tử và khi thực hiện việt đó nó tạo ra một vệt sét. Một lượng lớn điện tử thường nằm trong các đám mây mọi người không thể thấy chúng trừ khi chúng bắt đầu xáo động và tiến hành trao đổi điện tử trong cơn dông.
- Từ mây xuống đất
Đây là loại được biết đến nhiều nhất và thường xuyên xảy ra thứ hai trong các kiểu sét. Trong tất cả các loại sét đây là loại đe dọa đến tính mạng, tài sản nhiều nhất vì chúng đánh thẳng xuống đất. Sét đánh từ mây xuống đất là hiện tượng trao đổi điện tử giữa các đám mây tích điện và mặt đất. Nó được tạo ra bởi các luồng điện tử di chuyển xuống mặt đất từ trong các đám mây.
- Từ đất lên mây
Loại sét này được hình thành khi các luồng điện tử bắt đầu di chuyển giữa mặt đất và đám mây phía trên. Nó hình thành khi các luồng ion mang điện tích âm của các đám mây bắt đầu di chuyển xuống gần sát mặt đất thì các ion mang điện tích dương bên dưới bắt đầu tập hợp lại các chỗ nào đó cao, dễ dẫn điện và phóng lên trên để nối vào luồng ion âm đang di chuyển xuống dưới chính nó quyết định tia sét sẽ đánh vào đâu khi sét đánh xuống đất.
Vì có rất nhiều tia sét ion dương hình thành khi luồng ion âm tiến xuống tia nào nối được vào luồng ion âm sẽ dẫn cả tia sét vào chỗ mà nó phóng ra, vì thế nó giống như một dây câu sét mà nơi mà nó xuất phát là cần câu vì thế nơi xuất phát nào cao hơn thì tỉ lệ nối được vào luồng ion âm trước sẽ cao vì thế sét thường hay đánh vào những nơi cao, nhưng đôi khi nơi thấp hơn nhưng dễ dẫn điện hơn sẽ tạo ra dây dẫn dài hơn và nhanh hơn nên sẽ nối vào luồng ion âm trước các dây dẫn xuất phát từ những nơi cao hơn nhưng dẫn điện kém hơn và mang cả tia sét vào khu vực thấp.
Thường thì loại sét này xuất hiện khá mờ nhạt và rất nhanh nhưng rất nhiều, đôi khi các điện tích dương này sẽ tự phóng lên đám mây mang điện tích âm phía trên nếu chúng đủ mạnh và sẽ tạo thành sét mà không cần luồng ion âm di chuyển xuống gần mặt đất. Khi các ion dương tập trung với mật độ đủ cao nó sẽ làm cho nơi mà nó tập trung phát sáng, các thủy thủ thường nói với nhau rằng cột buồm sẽ phát sáng trước khi sét đánh xuống trong các cơn bão ban đêm để tránh xa nó trước khi bị sét đánh.
- Mây và mây
Đây là hiện tượng trao đổi điện tử giữa các đám mây với nhau mà không phải đi xuống đất. Nó xảy ra khi đám mây tích điện tử có tiềm năng tạo sét lại gần hay va vào nhau, môi trường tích điện trong hai đám mây bị xáo động hơn là khi chỉ trong một đám mây, hai đám mây sẽ cố gắng lấy lại sự cân bằng ion bằng cách trao đổi các ion này với nhau. Nó tạo ra hiệu điện thế dẫn đến việc tạo ra các luồng ion xáo động di chuyển qua lại bên trong đám mây tạo ra sét. Đây là loại sét thường gặp nhất.
- Sét khô
Đây là loại sét được tạo thành mà không cần có độ ẩm. Nó thường hình thành trong các trận cháy rừng dữ dội. Hay các cột tro núi lửa bốc lên rất cao và bắt đầu hình thành sét như các đám mây tích điện thường làm. Khi mà tầng trên lạnh và dưới mặt đất nóng một sự đối lưu sẽ diễn ra mang theo cả các ion dương từ dưới mặt đất thứ sẽ hấp dẫn các ion âm tập trung lại và di chuyển xuống đất theo làn khói dẫn điện. Chính vì thế lửa có thể tạo ra sét và sét sẽ tạo ra thêm lửa (thảm họa).
- Sét tên lửa
Một sự phóng điện từ đám mây với nhau nó thường di chuyển theo chiều ngang mà sự di chuyển này có thể trông thấy được bằng mắt thường, xuất hiện thường xuyên.
- Sét dương
Chú ý: Đây là loại sét hiếm thấy nó có thể sẽ không giống với bất cứ lý thuyết nào hiện có.
Là một loại sét xuất hiện ngay cả khi bầu trời hoàn toàn quang đãng hay chỉ có vài đám mây nhỏ. Nó còn được biết với tên “Sét từ bầu trời xanh” vì tính chất của nó. Không giống như các loại sét bình thường khác nó được hình thành từ các ion dương và xuất hiện từ vùng đỉnh của tầng đối lưu hơn là ở các nơi khác gần mặt đất trong đám mây.
Nó sẽ đi ngang qua bầu trời nhiều km trước khi tìm thấy và đi vào đám mây tích điện âm bên dưới hay tiếp tục đánh xuống đất nơi có điện tích âm tăng vọt một cách bất thường, tỉ lệ xuất hiện loại sét này chỉ khoảng 5%. Vì quãng đường mà nó di chuyển cực xa vì thế điện áp của nó cao hơn 6-10 lần cũng như di chuyển xa và lâu hơn 10 lần các tia sét thông thường. Khi loại sét này xuất hiện một lượng cực lớn các sóng ELF và VLF sẽ được tạo ra.
Vì đặc tính cũng như sức mạnh của chúng và rất khó có thể cảnh báo sự xuất hiện của loại sét này mà nó càng trở nên nguy hiểm hơn. Cho đến thời điểm hiện tại không một máy bay nào có thể còn tồn tại được sau khi bị nó đánh trúng.
Sự tồn tại cũng như độ nguy hiểm của loại sét này vẫn không được biết đến cho đến năm 1999 sau khi một chiếc tàu lượn bị đánh trúng và bị phá hủy hoàn toàn đã được xác định là do loại sét này gây ra. Thông tư hướng dẫn AC 20-53A đã được thay thế bởi thông tư hướng dẫn AC 20-53B năm 2006. Tuy nhiên vẫn chưa rõ những quy định an toàn mới có thể bảo vệ các máy bay khỏi loại sét này hay không.
Loại sét này cũng bị tình nghi cho việc chiếc Boeing 707 Pan Am Flight 214 bị nổ tung và rơi xuống thành từng mảnh khi đang bay năm 1963. Vì liên tục bị sét đánh mà các máy bay trong không phận Hoa Kỳ đòi hỏi phải có cây thu lôi để giảm tác hại của sét, nhưng có vẻ vẫn không đủ để chống lại loại sét này.
Sét dương có thể là nguồn gốc của các loại sét thượng tầng khí quyển. Nó thường xuất hiện trong các cơn bão tuyết, bão tuyết điện hay khoảng kết thúc của một cơn dông.
- Sét hòn
Sét hòn có thể là hiện tượng phóng điện trong không khí, đặc tính tự nhiên của loại này vẫn còn đang gây tranh cãi. Từ sét hòn thường được dùng để chỉ các vật phát sáng hình cầu bay lơ lửng có kích cỡ từ hạt đậu cho đến vài mét. Nó đôi khi xuất hiện trong các cơn dông, không giống như các tia sét chỉ xuất hiện với một vệt dài và biến mất sau đó sét hòn có hình cầu bay lơ lửng và tồn tại trong nhiều giây.
Sét hòn chỉ được kể lại bởi các nhân chứng chứ không hề được ghi hình lại bởi các nhà khí tượng. Các tài liệu khoa học về sét hòn rất hiếm vì chúng thường xuất hiện bất ngờ và hiếm. Sự tồn tại của nó chỉ được kể lại bởi các nhân chứng nên đôi khi bị thêm thắt khiến nó phần nào không phù hợp.
Các thí nghiệm trong phòng thử nghiệm gần đây đã tạo ra các kết quả rất giống với các sét hòn được báo cáo lại, nhưng hiện tại vẫn chưa có kết luận là có liên quan đến hiện tượng tự nhiên này hay không. Có một giả thuyết cho rằng sét hòn được tạo ra do phản chiếu khi sét đánh vào silicon trong đất một hiện tượng mà các phòng thí nghiệm đã thử nhiều lần.
Do các tài liệu nghiên cứu mâu thuẫn lẫn nhau nên quả bóng phát sáng này vẫn là bí ẩn và thường bị cho chỉ là tưởng tượng và chơi khăm. Nhiều báo cáo so sánh việc nhìn thấy sét hòn giống như việc nhìn thấy UFO.
- Sét thượng tầng khí quyển
Đã có các báo cáo về các tia sét kỳ lạ trong các cơn bão từ những năm 1886. Tuy nhiên chỉ vài năm trở lại đây các nghiên cứu mới được thực hiện về loại sét này và nó đôi khi được gọi là siêu sét (megalightning).
- Sét dị hình (Sprites)
Sét dị hình là một loại sét có quy mô rất lớn nó hình thành trên cả các đám mây bão và mây dông dẫn đến việc nó có rất nhiều hình dạng khác nhau.
Nó được kích hoạt bởi các tia sét dương phóng lên trên từ bên dưới từ trong vùng bão hay từ mặt đất. Cái tên Sprites được đặc theo tên của một nhân vật Sprite (linh hồn của không khí) trong vở A Midsummer Night’s Dream của Shakespeare. Bình thường chúng trông giống như một đám mây đỏ-cam hay xanh lá-xanh dương với các tua bên dưới và đôi khi còn có một cái vòng ở bên trên.
Chúng thường xuất hiện ở khoảng cách 80 km đến 145 km so với mặt đất. Sprites được chụp hình lần đâu tiên vào ngày 06 tháng 7 năm 1989 bởi một nhà khoa học thuộc đại học Minnesota và kể từ khi đó nó được nhìn thấy thường xuyên hơn. Sprites được giải thích như là nguyên nhân gây ra các sự cố tại nạn không thể giải thích được của các phương tiện có tầm hoạt động cao hơn các đám mây bão.
- Sét dị hình xanh (Blue jets)
Blue jets thường hình thành phía trên các đám mây bão nó thường trông giống như một ngôi sao băng và di chuyển trong tầng điện li cách mặt đất khoảng 40 km đến 80 km. Chúng sáng hơn các sét dị hình sprites và như cái tên chúng có màu xanh. Tư liệu ghi hình đầu tiên của loại sét này được thực hiện ngày 21 tháng 10 năm 1989, được ghi lại từ tàu con thoi khi nó lướt qua Úc và sau đó bắt đầu có nhiều tài liệu hơn sau nhiều chuyến bay thí nghiệm của Đại học Alaska.
Ngày 14 tháng 10 năm 2001 các nhà khoa học của đài quan sát Arecibo đã chụp được bức ảnh về hai tia sét Blue jets khổng lồ đi cùng nhau xuất hiện ở độ cao 80 km. Hai tia sét xuất phát từ một cơn bão ngoài khơi và biến mất trong giây lát.
Một tia sét có tốc độ di chuyển bình thường khoảng 50.000 m/s tốc độ bình thường của các tia Blue jets nhưng nó đã tăng tốc lên 250.000 m/s khi bắt đầu tách ra làm hai và phát nổ khi đi vào tầng điện li. Vào ngày 22 tháng 7 năm 2002 tờ báo Nature đã đăng tin về việc nhìn thấy 5 tia sét Blue jets cực lớn xuất hiện trong độ cao từ 60 đến 70 km trong vùng biển Đông nó chỉ xuất hiện trong một giây nhưng có hình dáng rất rõ ràng giống như một cái cây hay củ cà rốt.
- Sét dị hình Elves
Elves thường xuất hiện một cách mờ nhạt phẳng giống như sóng chấn động của một vụ nổ có đường kính khoảng 402 km nhưng chỉ xuất hiện trong một mili giây chúng bắt đầu hình thành trong tầng điện li phía trên các đám mây bão khoảng 97 km.
Màu sắc của chúng vẫn là một câu hỏi nhưng hiện nay hầu hết đều đồng ý rằng nó có màu đỏ rực. Elves được ghi nhận lần đầu tiên khi một tàu con thoi ghi hình được nó trong vùng Guyane thuộc Pháp vào ngày 07 tháng 10 năm 1990.
Elves là viết tắt của Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse Sources (Sự phát sáng và nhiễu loạn tần số rất thấp từ các nguồn xung điện). Điều này ám chỉ đến việc quá trình nguồn sáng được tạo ra khi các phân tử điện va chạm vào các phân tử nitơ (các điện tử này có được năng lượng từ các cuộc phóng điện ở tầng điện li).
Ngoài ra còn có Sét ngoài Trái Đất
Sét là hiện tượng phóng điện trong không khí vì thế nó không thể xảy ra trong môi trường chân không ngoài vũ trụ. Tuy nhiên nó lại xuất hiện nhiều trên các hành tinh bằng khí như Sao Kim, Sao Mộc và Sao Thổ.
Sét trên Sao Kim vẫn là chủ đề gây nhiều tranh cãi kể từ khi nó được nhìn thấy. Trong các chương trình vũ trụ như Venera của Liên Xô hay Pioneer của Hoa Kỳ nhưng năm 1970 đến 1980 đã bắt được hàng loạt các tín hiệu cho thấy sự có mặt của sét thượng tầng khí quyển của Sao Kim nhưng khi tàu thăm dò Cassini–Huygens lại gần nó thì lại không thấy dấu hiệu của sét. nhưng các tín hiệu mà tàu Venus Express bắt được cho là dấu hiệu của sét trên Sao Kim.
Sao Mộc hiện là nơi có tia sét dài nhất được ghi nhận năm 2009, với chiều dài 3.000 km và mạnh hơn 10.000 lần các tia sét trên Trái Đất.
