Tia Sét | LLP

Sét hay 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 đôi khi còn xuất hiện trong các trận phun trào núi lửa hay bão bụi (cát). Khi phóng điện trong khí quyển tia sét có thể di chuyển với tốc độ 36.000 km/h (22.000 mph) 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 (767 mph) trong điều kiện bình thường của không khí còn ánh sáng đi được 299.792.458 m/s. Sét đạt tới nhiệt độ 30.000 °C (54.000 °F) 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.

Sét cũng được tạo ra bởi những cột tro trong những vụ phun trào núi lửa hoặc trong những trận cháy rừng dữ dội tạo ra một làn khói đặc đủ để dẫn điện.

Lý do sét hình thành và nguồn gốc của nó vẫn là một vần đề còn đang tranh luận: Các nhà khoa học đã nghiên cứu các nguồn gốc khác nhau như gió, độ ẩm, ma sát và áp thấp khí quyển cho đến ảnh hưởng của gió mặt trời và các hạt tích điện trong năng lượng mặt trời. Các tinh thể băng trong các đám mây có thể là yếu tố quan trọng trong việc hình thành tia sét do nó có thể tạo ra một môi trường tích điện cực trái dấu nhau trong các đám mây dẫn đến việc hình thành sét.

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.

 

 

 

 

Lịch sử nghiên cứu

 

 

Sét chụp năm 1882.

 

 

Bức ảnh tạo sét gây nhiều tranh luận của Nikola Tesla.

Benjamin Franklin (1706–1790) đã cố gắng kiểm tra lý thuyết rằng các tia lửa tạo do sự phóng điện của các quả cầu thủy tinh khi quay cũng giống như các tia sét bằng cách dựng lên một cái tháp có hình nón tại Philadelphia. Trong lúc chờ đợi cái tháp được dựng xong ông nảy ra ý tưởng sử dụng một con diều. Trong cơn dông tiếp theo đó vào tháng 6 năm 1752 ông đã cùng con trai của mình ra thử nghiệm. Ông đã buộc một cái chìa khóa vào đoạn cuối của dây diều và cắm nó xuống đất (ông đã buộc chìa khóa vào dây diều bằng dây lụa loại vật liệu dẫn điện rất kém). Sau một hồi không có chuyện gì xảy ra ông thấy sợi dây bị lỏng và đưa tay lại để buộc nó chặt hơn ngay lập tức một tia sét phan trúng con diều (vì ông trở thành vật dẫn điện). Sống sót sau thí nghiệm này ông đã đưa ra kết luận rằng sét chính là điện.

Franklin không phải là người duy nhất thí nghiệm với diều. Thomas-François Dalibard cùng De Lors đã thực hiện cuộc thí nghiệm tương tự ở Marly-la-Ville tại Pháp chỉ vài tuần trước thí nghiệm của Franklin. Trong cuốn tự truyện của mình (viết những năm 1771-1788 xuất bản năm 1790) Franklin đã tự nhận rằng ông đã thực hiện cuộc thí nghiệm của mình sau những người Pháp chỉ vài tuần mà không hề biết về điều này trong năm 1752.

Tin tức về cuộc thí nghiệm này lan rộng ra và những người khác bắt đầu thực hiện lại nó. Tuy nhiên các cuộc thí nghiệm về sét rất nguy hiểm và đôi khi gây chết người. Một trong những cái chết nổi tiếng nhất do bắt chước Franklin là của giáo sư Georg Richmann tại Saint Petersburg, Nga. Ông đã tạo ra một hệ thống thu sét giống như của Franklin, ông đã chạy về nhà khi nghe tiếng sấm lúc đang giảng bài tại học viện khoa học. Ông chạy về với người thợ điêu khắc để có thể ghi lại sự kiện này. Ông đã đặc một quả bóng thủy tinh lên một vòng kim loại gần như hoàn hảo cho một hệ thống thu lôi thời đó nhưng lại quên gắn dây nối đất, kết quả theo báo cáo là khi sét đánh và chạy vào vòng kim loại và bao lấy quả cầu thủy tinh nó tạo ra một cục sét hòn (do không thể chạy xuống đất một cách trực tiếp) đã văng trúng đầu Georg Richmann và giết ông ngay lập tức.

Mặt dù các thí nghiệm của từ thời của Benjamin Franklin đã chỉ ra rằng sét là một sự phóng điện, các lý thuyết tìm hiểu về sét rất ít được cập nhật (cụ thể tại sao nó hình thành) trong 150 năm. Các nguồn động lực cho các nghiên cứu gần đây đến từ lĩnh vực kỹ thuật điện: Các cột điện cao thế khi bắt đầu đưa vào phục vụ các kỹ sư cần biết sét nguy hiểm đến mức nào để có thể bảo vệ các cột điện. Năm 1900, Nikola Tesla đã tạo ra sét nhân tạo bằng một cuộn Telstra cùng các máy phát điện công xuất cao đủ để tạo ra sét đủ lớn để xem.

Nhiều tia sét trên cùng một đường đi

Các máy quay tốc độ cực cao đã chỉ ra rằng sét trên thực tế là nhiều luồng di chuyển qua lại của các luồng điện tử trên cùng một đường đi. Trung bình một tia sét có 3 đến 4 luồng điện tử hay có thể hơn.

Mỗi khi sét hình thành một luồn điện tử sẽ chạy qua và một luồn điện tử khác sẽ chạy lại cùng đường đi đó trong khoảng 40 đến 50 milli giây và thực hiện lặp đi lặp lại nhiều lần như thế tạo ra hiệu ứng ánh sáng nhấp nháy rất nhanh mắt thường không thể nhìn thấy thông thường chỉ có thể thấy nó ngày càng sáng hơn trước khi biến mất.

Cứ sau mỗi lần trao đổi điện tử thì lần sau lại yếu hơn lần trước cho đến khi luồng trao đổi điện tử này mất hẳn.

Các tiếng sấm cũng được tạo ra khi thực hiện việc trao đổi điện tử này.

Các loại

Các tia sét khác nhau có các đặc tính cụ thể, các nhà khoa học và dân thường đã đặc 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

 

Mây và mây và 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

Sét đánh khi núi lửa Galunggung phun trào.

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 đưới 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

 

 

Một tia sét nối vùng đỉnh của tầng đối lưu với mặt đất.

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 dặm 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 quảng 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 qui 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

Bài chi tiết: 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 thắc 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 già 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

 

 

Sơ đồ vị trí xuất hiện của các loại sét.

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 qui 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 50 dặm (80 km) đến 90 dặm (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 25 dặm (40 km) đến 50 dặm (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 50 dặm (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 (35 đến 45 dặm) 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 250 dặm (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 60 dặm (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 tắc 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 sung 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).

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 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 1.900 dặm (3.000 km) và mạnh hơn 10.000 lần các tia sét trên trái đất.

Kích hoạt sét

Sét suýt đánh trúng tàu con thoi trong nhiêm vụ STS-8.

Tên lửa

Sét có thể được kích hoạt bằng cách phóng một tên lửa có dây cước kim loại nối nó với mặt đất vào mây dông. Dây cước sẽ được xả ra khi tên lửa bay lên nó sẽ là con đường dễ dàng nhất cho sự trao đổi điện tử giữa các đám mây và mặt đất, nên tia sét sẽ theo dây cước và đi xuống dất tạo thành sét.

Sét cũng có thể được kích hoạt bởi các vật nhân tạo khác như máy bay có thể sẽ kích hoạt sét khi các luồn ion đang tìm đường dễ nhất để di chuyển từ chỗ này sang chỗ khác của đám mây và các máy bay làm bằng vật liệu dẫn điện rất tốt.

Núi lửa

Có ba loại sét kích hoạt bởi núi lửa là:

• Một vụ phun trào cực lớn đẩy một lượng lớn khí và vật liệu vào tầng khí quyển sẽ kích hoạt sét ngay lập tức. Hiện tượng này được ghi nhận bởi Pliny The Elder trong vụ phun trào núi lửa năm 79 trước công nguyên của ngọn Vesuvius, ông cũng đã chết trong vụ phun trào này.
• Một loại khác phóng ra từ miệng núi lửa đôi khi có thể dài đến 1,8 dặm (3 km).
• Các tia điện nhỏ dài khoảng 3 feet (1 m) tồn tại khoảng vài mili giây.

Laser

Những năm 1970 các nhà khoa học đã cố gắng kích hoạt sét bằng laser hồng ngoại hay tử ngoại, nó sẽ tạo ra một đường ion hóa dễ dẫn điện mà từ đó các điện tử sẽ đi theo từ mây xuống đất. Việc này để đảm bảo an toàn cho các bệ phóng tên lửa, các cơ sở điện và những mục tiêu quan trọng khác.

Tại New Mexico Hoa Kỳ các nhà khoa học đã thử nghiệm một hệ thống laser mạnh cỡ terawatt để kích hoạt sét. Các nhà khoa học đã chiếu hệ thống laser cực mạnh vào đám mây để nó hạn chế việc phóng điện vào một khu vực nào đó. Dòng laser sẽ tạo ra một đường ion hóa được gọi là "filaments" (sợi). Trước khi các tia sét đi xuống mặt đất các filament sẽ dẫn các tia sét đến một chỗ định sẵn, nó đóng vai trò như một cột thu lôi. Tuy nhiên các filament này lại tồn tại trong thời gian quá ngắn để có thể kích hoạt sét. Tuy nhiên việc nó làm tăng sự xáo động điện tử trong các đám mây đã được ghi nhận. Theo các nhà khoa học Pháp và Đức những người đã thực hiện thí nghiệm trên, việc phóng một xung nhanh được tạo ra bởi laser có thể sẽ dẫn các tia sét vào nơi được định trước. Các phân tích thống kê cho thấy rằng các xung laser của họ thực sự tăng cường các hoạt động điện trong đám mây dông, nó đã tạo ra một sự phóng điện nhỏ trong các đám mây nơi mà tia laser được chiếu vào.

Năng lượng phóng xạ cao tạo ra khi sét đánh

Đã có lý thuyết về sự hình thành tia X tạo ra khi sét đánh vào năm 1925 nhưng không có bằng chứng cho việc này mãi tới năm 2001-2002, khi các nhà nghiên cứu thuộc trường đại học nghiên cứu mỏ và công nghệ New Mexico đã vô tình phát hiện tia X đang chạy dọc theo dây thử sau khi có sự xuất hiện của các tia sét phía trên. Cùng năm đó đại học Florida và viện công nghệ Florida đã nghiên cứu điện trường tia X bằng một hệ thống anten đặt tại Bắc Florida và đã xác nhận rằng các tia sét tự nhiên có thể tạo ra một lượng lớn tia X. Việc hình thành các tia X bởi sét này vẫn còn đang được nghiên cứu vì nhiệt độ của sét quá thấp (hàng ngàn lần thấp hơn mức cần thiết) để hình thành tia X một cách tự nhiên mà không qua sự phân rã phóng xạ.

Số lượng lớn các nghiên cứu và quan sát khác từ trên các trạm không gian cũng cho thấy sét cũng tạo ra một lượng lớn tia gamma, những điều này đã tạo ra một thách thức mới cho lý thuyết hiện hành về việc hình thành của sét khi chúng có các dấu hiệu của hiện tượng phản vật chất thông qua việc phóng ra các tia phóng xạ.

Từ tính của sét

Việc phóng điện trong không khí của sét sẽ tạo ra từ trường. Các dòng điện cường độ cao sẽ tạo ra từ trường thoáng qua nhanh chóng nhưng cực kỳ mạnh. Bất thứ gì bị sét đánh trúng như đá, đất hoặc kim loại đều sẽ bị từ hóa vĩnh viễn. Hiện tượng này được biết đến như từ trường tàn dư của sét hay LIRM (lightning-induced remanent magnetism). Nó sẽ xảy ra trên những phần dễ dẫn điện nhất và không bị cản trở thường là theo chiều ngang gần bề mặt, tuy nhiên đôi khi nó lại đi theo chiều dọc như các vết nứt, thân quặng, hoặc mạch nước ngầm cung cấp một đường dẫn ít điện trở. Từ trường tàn dư của sét gây ra có thể được nhìn thấy trên mặt đất và việc phân tích các mẫu vật bị từ hóa có thể kết luận sức mạnh của sét đã đánh vào nơi đó cũng như sét là nguồn gốc của các nam châm tự nhiên.

Tiếng động

	Thunder Một tiếng sấm ngắn
Trục trặc khi nghe bản này? Xem hướng dẫn.

Do sét là sự phóng điện hay sự di chuyển cực nhanh của các điện tử ma sát vào không khí làm nó trở nên cực nóng có thể hình thành plasma và giản nở ra, theo thuyết động học thì khi không khí bị giản nở ra một cách quá nhanh và đột ngột xung quanh tia sét nó sẽ tạo ra một sóng chấn động lan rộng kèm theo tiếng động được biết đến như sấm. Vì có rất nhiều sóng chấn động được tạo ra liên tiếp nhau khi sét hình thành do có rất nhiều tia sét trên cùng một đường đi nên nó không chỉ nghe một tiếng mà rền vang trong một khoảng thời gian tùy theo chiều dài của sét và khoảng cách đến người nghe nó. Các đặc tính của sấm rất phức tạp tùy theo yếu tố hình học của sét như chiều dài, có bao nhiêu tua, độ vọng âm thanh từ mặt đất và có bao nhiêu tia sét trên cùng một đường đi...

Thu thập năng lượng từ sét

Từ những năm 1980 đã có nhiều nỗ lực để thu thập năng lượng từ sét. Khi mà chỉ cần một tia sét cũng chứa một lượng lớn năng lượng, lượng năng lượng này tập trung vào một điểm nhỏ và tồn tại trong thời gian rất ngắn (mili giây) do vậy năng lượng điện này cực cao. Sức mạnh của sét được đề xuất là để tạo ra hydrogen từ nước rồi sử dụng lượng hydrogen này trong khai thác nhiệt điện.

Công nghệ thu sét cần phải tuân theo qui tắc là có thể nắm bắt được các mức năng lượng cao mà tia sét tạo ra. Theo các nhà vật lý Stephen Reucroft và John Swain của đại học Northeastern thì một (chỉ một tia trong nhiều tia trên cùng một đường đi) tia sét chứa khoảng vài triệu jun chỉ đủ để một bóng đèn 100-watt sáng trong 5,5 giờ. Ngoài ra sét đánh khá ngắt quãng, và rất khó để có thể chuyển một lượng điện thế cao thành điện thế thấp trong khoảng thời gian ngắn để có thể tiến hành tích trữ.

Năm 2007, công ty Alternate Energy Holdings (AEH) chuyên tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế đã thử giữ năng lượng của một tia sét. Thiết kế của hệ thống đã được mua từ một nhà phát minh tại Illinois tên Steve LeRoy người đã thắp sáng bóng đèn 60-watt của mình trong vòng 20 phút với việc giữ năng lượng của sét nhân tạo. Theo thiết kế thì một cái tháp sẽ được nối với hai nhánh một nhánh sẽ đẫn một lượng lớn năng lượng xuống đất khi sét đánh và nhánh khác sẽ giữ lại và tích trữ những gì còn lại của lượng năng lượng đó. Theo Donald Gillispie giám đốc điều hành của AEH thì "chúng tôi đã không thể làm cho nó hoạt động", tuy nhiên có nói thêm "Nếu có đủ thời gian và tiền bạc thì có thể làm cho hệ thống này trở nên quy mô hơn... đây không phải tà thuật, đây là toán học và khoa học, hệ thống này sẽ hoạt động được".

Theo Tiến sĩ Martin A. Uman đồng giám đốc của Phòng thí nghiệm Nghiên cứu sét tại Đại học Florida và là một cơ quan hàng đầu về chống sét thì một tia sét (chỉ một tia trong nhiều tia trên cùng một đường đi) ngoài việc rất nhanh và sáng thì nó chứa rất ít năng lượng của đám mây, để thắp sáng 5 bóng đèn 100-watt trong vòng cả năm thì sẽ cần hàng chục tháp thu lôi mà AEH sử dụng hiện tại. Khi trả lời phỏng vấn trên tờ The New York Times ông đã mô tả một cơn dông là một trái bom hạt nhân khổng lồ nhưng việc thu nguồn năng lượng ấy từ mặt đất là "vô vọng".

Trên thực tế phương pháp thu thập sét dễ nhất mà không cần đợi sét đánh là cách mà Franklin đã làm với con diều của mình, tuy nhiên để thu được năng lượng này cần một công trình rất lớn cũng như khả năng điều phối dòng điện thế cao phải hiệu quả.

Trong tôn giáo

Sét trong các nền văn hóa khác nhau được xem là một phần của thần linh hoặc chính nó là thần linh.

• Trong đạo Phật thì sét là do thiên lôi tạo ra để đánh những ai bị xem là tàn ác.
• Trong đạo Shinto thì Raijin là vị thần của sấm và sét. Ông trong khá giống một con quỷ và phóng sét ra khắp nơi với những cái trống tạo ra sét mà ông thường hay mang theo.
• Trong đạo Hindu thì Indra là vị thần của mưa và sấm sét đồng thời cũng là vua của vương quốc Deva trong thần thoại Hindu.
• Trong thần thoại Aztec thì sét là sức mạnh siêu nhiên của một vị thần tên Tlaloc. Tlaloc không chỉ là vị thần của mưa mà còn là thần của bão, của những tia sét gây chết người và bệnh tật.
• Trong thần thoại Slavic thì vị thần có ngôi vị cao nhất là Perun vị thần của sấm và sét.
• Perkūnas là thần sấm một trong những vị thần quan trọng trong hệ thống thần linh của vùng Baltic. Trong thần thoại Latvian và Lithuanian thì ông là vị thần của sấm, mưa, núi, cây sồi và bầu trời.
• Trong thần thoại Bắc Âu thì Thor là vị thần sấm sét với cây búa Mjölnir trên tay ông tạo ra các tia sét và cưỡi cỗ xe sấm ngang qua bầu trời.
• Trong thần thoại Phần Lan thì Ukko là vị thần của sấm, bầu trời và thời tiết. Từ sấm sét trong tiếng Phần Lan là ukkonen dựa theo tên của vị thần này.
• Trong kinh Côran của Hồi giáo đã viết:Người là người đã cho các ngươi thấy ánh sáng, sợ hãi và hy vọng, vọng ra từ những đám mây nặng trĩu. Tiếng sấm là các bài thánh ca. Lời của Người vang lên các thiên thần cũng phải kính sợ.
• Trong nền văn minh Hy Lạp xưa thì Zeus là thần sấm và cũng là chúa tể của các vị thần.
• Trong nền văn minh Inca thì có ba vị thần có khả năng tạo sấm sét là hai thần sấm Apocatequil và Catequil cùng Illapa thần thời tiết.

Hậu quả do sét tác động lên con người

 

Ảnh tia sét đánh vào tháp Eiffel năm 1902

Sét có thể gây thương tích bằng những cách thức sau:

• Sét đánh thẳng vào vị trí nạn nhân từ trên đám mây xuống.
• Khi nạn nhân đứng cạnh vật bị sét đánh. Sét có thể phóng qua khoảng cách không khí giữa người và vật. Trong trường hợp này gọi là sét đánh tạt ngang.
• Sét đánh khi nạn nhân tiếp xúc với vật bị sét đánh.
• Điện thế bước. Khi người tiếp xúc với mặt đất ở một vài điểm. Sét lan truyền trên mặt đất.
• Sét lan truyền qua đường dây cáp tới các vật như điện thoại, tivi (vô tuyến), ổ cắm.

Theo thống kê thì sét đánh thẳng là nguy hiểm nhất, cứ 10 người bị sét đánh thẳng thì 8 người chết. Sét đánh tiếp xúc hay tạt ngang cũng rất nguy hiểm. Khi sét đánh xuống cây, thì 1 tia sét có thể giết chết ngay vài người xung quanh. Độ nguy hiểm phụ thuộc vào bản chất của vật bị sét đánh và vị trí tương đối với nạn nhân. Thương vong do điện thế bước nhẹ hơn. Trong một số trường hợp năng lượng tia sét không tiêu tán ngay tại chỗ mà truyền theo mặt đất và khi nạn nhân đứng trên đường truyền đó có thể bị liệt. Trong một số trường hợp tồi tệ nạn nhân sẽ bị vấn đề với việc đi lại sau này. Thường thị điện thế bước chỉ gây những hiệu ứng tạm thời và ít khi để lại hậu quả sau này. Trong thực tế sét lan truyền xuất hiện khi nạn nhân nói chuyện điện thoại, cầm vào các dây cáp, dây anten dẫn từ ngoài vào.

Theo thống kê ở Hoa Kỳ, ngoài 40% nạn nhân bị sét đánh không được biết rõ nguyên nhân, 27 % là khi họ đang ở khu vực trống trải, 19% ở gần cây, 8% đang bơi hay ở khu vực gần nước, 3% khi đúng gần máy móc, 2,4% khi đang nói điện thoại, 0.7% liên quan đến đài, tivi, anten...

Các biện pháp chống sét bảo vệ con người

Vì sét là hiện tượng ngẫu nhiên cho nên không có vị trí an toàn tuyệt đối. Tuy nhiên việc chủ động đề phòng tránh sét tìm nơi an toàn hơn có thể làm giảm đáng kể khả năng bị sét đánh. Cần phải hướng dẫn giáo dục phòng chống sét an toàn cho con người.

• Lên kế hoạch trước

Nghe dự báo thời tiết. Khi nghe bản tin dự báo thời tiết lên kế hoạch làm việc để đề phòng. Khi làm ở khu vực nào đó, để ý trước các nơi có thể trú mưa và tránh sét an toàn. Phải tính được thời gian từ chỗ làm việc đến nơi an toàn. Thường thì cơn dông kéo đến rất nhanh trong vòng 15 phút và di chuyển với vận tốc 40km/giờ. Nói chung khi đang ở nơi không an toàn thì cần phải để ý đến các dấu hiệu của dông như mây đen, không khí lạnh, gió

• Thực hiện quy tắc nhìn-nghe:

Khi sét xảy ra, thoạt tiên ta thấy tia chớp loé lên và sau đó là có tiếng sấm kèm theo. Nếu bạn tính khoảng thời gian từ lúc tia chớp loé lên và lúc nghe thấy tiếng sấm thì có thể xác định được khoảng cách tới nơi sét xảy ra. Chia số giây cho 3 ta được khoảng cách đến tia sét. Ví dụ đếm được 3 giây thì sét cách vị trí đứng là 3/3= 1km. Nên nhớ rằng nếu như khoảng thời gian bạn đếm được từ khi thấy chớp và nghe tiếng sấm nhỏ hơn 30 giây, thì bạn đã nằm trong tầm ngắm của tia sét rồi và phải cẩn thận. Nếu thời gian này nhỏ hơn 20 giây thì phải di chuyển đến nơi an toàn hơn. Khi nghe thấy tiếng sấm đầu tiên bất kể là gì cũng cần phải thấy nguy hiểm đã đến. Sét có thể đánh cách xa nơi có mưa tới 15-20km.

• Tránh sét trong nhà

Khi trời sắp xảy ra dông, thì biện pháp tránh sét tốt nhất là nên về nhà. Chỗ an toàn để tránh sét là toà nhà, hay công sở có lắp đặt hệ thống chống sét (đơn giản nhất là cột thu lôi Franklin).. Khi ở trong nhà thì nên đứng xa cửa sổ, cửa ra vào, các đồ dùng điện, tránh các chỗ ẩm ướt như buồng tắm, bể nước, vòi nước, không nên dùng điện thoại trừ trường hợp rất cần thiết. Nên rút phích cắp các thiết bị điện trước lúc có dông gần xảy ra. Với các đường dây điện thoại hay dây điện vì nối với lưới bên ngoài nên rất có thể bị ảnh hưởng sét đánh lan truyền. Nên tránh xa các dây này và các vật dùng điện với khoảng cách ít nhất là 1m. Vô tuyên nối với dây anten để ngoài trời cũng rất cần rút ra khi có dông.

 Sét đánh tại Schaffhausen, Thụy Sĩ, năm 2009

• Tránh sét đánh ngoài trời

Trong trường hợp không kịp chạy tìm nơi ẩn náu an toàn, tuyệt đối không dùng cây cối làm chỗ trú mưa, tránh các khu vực cao hơn xung quanh, tránh xa các vật dụng kim loại như xe đạp, máy, hàng rào sắt...

Tìm chỗ khô ráo, nếu xung quanh có cây cao hơn thì nên tìm chỗ thấp, tìm vị trí cây thấp.

Người ở vị trí càng thấp càng tốt, tay ôm cổ. Phần tiếp xúc của người với mặt đất là ít nhất. Nhón chân, không được nằm xuống đất.

Đứng xa các vật cao, ra ngay khỏi những nơi chứa nước như bãi biển, ao, hồ, mương. Các vùng đỉnh núi hay sườn núi nhô cao cũng rất nguy hiểm. Nếu ở trong rừng thì tìm những nơi cây thấp hơn và thưa để tránh.

Không đứng thành nhóm người gần nhau. Nếu như bạn cảm thấy tóc bị dựng lên (như cảm giác điện khi sờ tay trước mặt tivi) thì điều đó có nghĩa là có thể bị sét đánh bất cứ lúc nào. Lập tức cúi ngồi xuống và lấy tay che tai, không nằm xuống đất hay đặt tay lên đất.

Đối với các vật có bề mặt kim loại như xe buýt, tàu hoả, ô tô, ...nếu không thò người ra ngoài và không chạm đến vỏ bọc thì ở những chỗ này là an toàn. Ngược lại đối vơi các ô tô, tàu thuỷ để hở hay không có vỏ bọc kim loại thì lại nguy hiểm.

Sau khi nghe thấy tiếng sét 30 phút thì có thể trở lại làm việc bình thường.

• Cấp cứu người bị sét đánh:

Ngoài làm cháy, bỏng, sét gây tác hại hệ thần kinh, gãy xương, mất thính giác, thị giác, hay trí nhớ. Người bị sét đánh cần được cứu trợ ngay tức khắc. Nếu người bị sét đánh bị ngất (tim ngừng đập, tắt thở) phải thực hiện khẩn cấp các động tác hô hấp, trợ tim nhân tạo. Tìm những nơi bị gãy, đặc biệt cẩn thận không di dời những nạn nhân nếu nghi ngờ bị gãy cột sống. Để những nơi bị bỏng khô và tìm cách nhanh nhất để nhân viên y tế đến.

• Không nên làm gì:

Đứng gần vật cao, gần nước, gần cây, gần xe cộ, gần nhà, tại các nơi cánh đồng trống trải, anten, cột cao, gần những đường dây dẫn.

• Nên làm gì:
• 1. Nhìn dấu hiệu báo dông (mây đen, gió lạnh...),
• 2. Nghe dự báo thời tiết khi có ý định đi ra ngoài.
• 3. Hạ thấp vị trí để hai chân chụm. Không nằm trên đất.
• 4. Đi vào nhà lớn hay vào xe cộ có mái kim loại (nhớ là không được động tay lên vỏ kim loại).
• 5. Biết trước nơi an toàn gần nhất và thời gian đi tới đó.

Một số thống kê

 

 Sét chẻ một cây tại Maplewood, NJ

Thống kê tại Việt Nam về các vụ sét đánh chết người trong vài ngày đầu mùa mưa giông 2006 và giữa tháng cuối 6 năm 2007:

• Khoảng 12 giờ ngày 26 tháng 3, mưa giông kèm sét đánh chết hai anh em ruột người Cơ tu đang tỉa lúa trên rẫy, tại địa bàn thôn A Dinh 2 (thị trấn P’Rao, Đông Giang, Quảng Nam).
• Khoảng 18 giờ ngày 9 tháng 6, sét đánh chết năm người ở bốn xã thuộc huyện Ân Thi (Hưng Yên). Nạn nhân là ba trẻ em, hai phụ nữ đi chăn bò và gặt lúa.
• Cũng khoảng giờ này cùng ngày, sét đánh chết hai bà cháu đang gặt lúa ở cánh đồng Trong Chuôm (thôn Yên Ngô, An Bình, Thuận Thành, Bắc Ninh).
• Trước đó, khoảng 16 giờ cùng ngày, sét đánh chết một khách du lịch Thùy Vân (TP Vũng Tàu).
• Lúc 7 giờ 20 sáng ngày 1 tháng 7, tại cánh đồng hai xã Hồng Minh và Minh Hóa (Hưng Hà, Thái Bình), sét đánh chết hai người và làm bị thương năm người đều đang làm đồng.
• Hồi 7 giờ 45 sáng ngày 2 tháng 7 , mưa kèm sấm sét đánh chết hai người và làm bị thương ba người cánh đồng thôn Văn (xã Song Lãng, Vũ Thư, Thái Bình).
• Lúc 17 giờ 35 chiều ngày 2 tháng 7 , tại sân bóng đường Trần Văn Hoài, Quận Ninh Kiều ( TP Cần Thơ), một cơn mưa lớn kèm theo những tia sét rất lớn, tia sét đã đánh chết Châu Hoàng Tuấn chết ngay tại chỗ, ngoài ra còn nhiều người bị thương nặng và rất nặng.

Trên thế giới:

• Roy Sullivan là người đang giữ kỷ lục Thế giới Guinness‎ vì đã sống sót sau 7 lần bị sét đánh trong vòng 35 năm.
• Tháng 7 năm 2007, 30 người đã chết khi bị sét đánh tại một ngôi làng trong vùng núi Ushari Dara phía Tây-Bắc Pakistan.

Tác động lên đồ điện tử

 

 

Một chiếc điện thoại sau khi sét đánh.

Điện thoại, modem, máy tính cá nhân và các thiết bị điện tử khác có thể bị hư hỏng do sét đánh, khi chúng đi qua các ổ cắm điện thoại, cáp Ethernet, hoặc ổ cắm điện. Với các thiết bị điện khi sét đánh vào các cột điện sẽ làm tăng áp đột ngột làm chập điện và cháy tất cả các linh kiện điện tử. Với những ai đang dùng điện thoại sẽ rất nguy hiểm cho màn nhĩ vì nó sẽ tạo ra một tiếng rít rất to và dài cũng như bị điện giật nếu là điện thoại có dây. Và thậm chí khi không đánh vào đâu sét cũng sẽ tạo ra các xung điện từ mạnh (đặc biệt là sét dương) sẽ phá hỏng các linh kiện điện tử.