⚡️ رعد و برق

رعد و برق‌ها به سه دسته تقسیم می‌شوند: رعد و برق‌هایی که درون ابرها اتفاق می‌افتد؛ رعد و برق‌هایی که بین ابرها اتفاق می‌افتد و رعد و برق‌هایی که بین زمین و ابر اتفاق می‌افتد. در مورد رعد و برقی که بین زمین و ابر اتفاق می‌افتد، دانشمندان می‌دانند که کانال پلاسماییِ رسانایی، بین ابر و زمین ایجاد می‌شود که باعث وقوع تخلیه الکتریکی می‌شود. اگرچه، عواملی که باعث باردار شدن اولیه ابرها و در ادامه آن تخلیه الکتریکی می‌شود به وضوح مشخص نیست.

این پدیده یک تخلیه الکتریکی شدید و بسیار سریع در هواست و همین تخلیه الکتریکی است که نور و صدا تولید می‌کند؛ در هنگام رعد و برق، برق در جریانات هوایی ِبالا و پایین ِ قوی، داخل ابرهایی موسوم به کومولونیمبوس تاریک، شکل می‌گیرد ؛ در این شرایط قطرات آب، تگرگ و کریستال های یخ با یکدیگر برخورد می‌کنند. دانشمندان عقیده دارند که این برخوردها بارهای الکتریکی را در ابر به وجود می‌آورد؛ بارهای الکتریکی منفی و مثبت در ابر از یکدیگر جدا می‌شوند، بارهای منفی به بخش پایین‌تر ابر سقوط می‌کنند و بارهای مثبت در بخش‌های میانی و بالاتر می‌مانند، موقعی که اختلاف بارها به قدر کافی بزرگ می‌شود، یک جریان الکتریسیته از ابر به پایین و به زمین جریان پیدا می‌کند یا از یک بخش ابر به بخش دیگر یا از یک ابر به ابر دیگر جریان می‌یابد، که این بار معمولا مثبت و روی سطح زمین بار منفی القا می‌کند.
اما هر جریانی ضمن عبور از ماده با مقاومت اتم‌های آن روبرو می‌شود و این مقاومت بخشی از انرژی الکتریکی را به گرما تبدیل می‌کند. با استفاده از اصول اولیه الکترومغناطیس می‌توانید تخمین بزنید این جریان در ولتاژ 10 میلیون ولت، توان گرمایی در حدود 100 میلیارد وات دارد و می‌تواند گرمایی در حدود 10 میلیون ژول ایجاد کند ؛ این گرما باعث می‌شود دمای هوا در مسیر آذرخش به 30 هزار درجه سانتی گراد برسد.

این تغییر ناگهانی دما (از حدود 300 کلوین به 300 هزار کلوین) حجم هوا را 100 برابر می‌کند و این یعنی یک انفجارِ واقعیِ انبساطِ سریع و شدید هوا، که یک موج ضربتی(shock wave) در هوای اطراف ایجاد می‌کند و امواجی را با فشار بین 10 تا 30 اتمسفر بوجود می‎آورد، که با سرعت صوت و به شکل تندر یا رعد به گوش ما می‌رسد، اما گرمای ایجاد شده غیر از انبساط، بلاهای دیگری هم سر مولکول‌های هوا می‌آورد، جریان شدیدی که از هوا می‌گذرد، آن را گرم می‌کند و به تابش وا می‌دارد و تابشی است که یک مسیر نورانی بین ابر و زمین ایجاد می‌کند.

در حال حاضر، الکساندر گورویچ (Aleksandr Gurevich)از موسسه فیزیک لبدوف در مسکو و آناتولی کاراشتین (Anatoly Karashtin) از موسسه تحقیقاتی رادیو فیزیکی در Nizhny Novgorod مدلی جدیدی را براي توجيه علت وقوع صاعقه پیشنهاد داده‌اند.

این نظریه که پرتوهای کیهانی باعث ایجاد بارش‌های یونیده‌ شده و در ادامه شروع رعد و برق را سبب می‌شود، اولین بار بیش از 20 سال پیش توسط گورویچ مطرح شد. در این موضوع که runaway breakdown نام دارد، گورویچ پیشنهاد کرد که ذرات یونیده شده، الکترون‌های آزادی را درون ابرهای صاعقه‌دار ایجاد می‌کنند که این الکترون‌ها پس از آن توسط میدان الکتریکی بسیار قوی که در ابر وجود دارد شتاب می‌گیرند. این الکترون‌ها با دیگر اتم‌های موجود در هوا برخورد می‌کنند تا بهمنی از ذرات پر انرژی را در ابر به وجود آورند و این پدیده در واقع بذر شروع رعد و برق را می‌کارد.

گورویچ و کاراشتین، انرژی این پرتوهای کیهانی را در حدود 1017 الکترون ولت محاسبه کردند – توصیف وجود چنین پرتوهای کیهانی با این مقدار انرژی کار بسیار دشواری است.

همچنين دانشمندان در جریان یک تحقیق متوجه ترکیباتی به نام رادیکال‌های هیدروکسیل در هوا شدند. این ماده بسیار واکنش‌پذیر، که بیشتر با عنوان «پاک‌کننده شیمیایی» شناخته می‌شود، از ترکیب‌های شیمیایی مهمی است که در جو می‌توان یافت.

داده‌های برداشت شده از ابرهای طوفانی به هنگام رعد و برق، ۱۰۰۰ رادیکال هیدروکسیل بیشتر از مقدار طبیعی را نشان داده‌اند. دانشمندان تخمین می‌زنند چیزی در حدود ۲ تا ۱۶ درصد میزان اکسیداسیون جو کره زمین، یا تمیزکاری که به صورت طبیعی در جو زمین اتفاق می‌افتد، توسط صاعقه انجام می‌شود.

📚 @PsiJournalPhysics