رعد و برق چگونه به وجود می آید ؟

خلاصه :

1. با شکل گیری ابر تندری و شدت گرفتن سرعت های قایم بالارو در فراهنج ها، بلورهای یخ، گویچه­ های برف و قطرات آب ابر سرد با همدیگر برخورد می­ کنند و بارهای منفی و مثبت در ذرات شکل می گیرد. با قوی­تر شدن فراهنج ­ها و فروهنج ­ها، برخوردها بیشتر و شدیدتر شده و بارهای مثبت و منفی بیشتری ساخته و تولید می­ شود. بلورهای سبک یخ و با بار مثبت یخ به وسیله فراهنج ­ها به ترازهای زبرین ابر منتقل می­ شوند و ذرات بزرگتر با بار مثبت(گویچه های برف) به ترازهای زیرین ابر می روند. به این ترتیب بخش زبرین ابر تندری به صورت مثبت و مرکز و تا حدودی بخش پایینی ابر تندری به صورت منفی باردار می ­شود. البته بخش کوچکی از بارهای مثبت نیز در قسمت­های گرم (پایین تراز 10- درجه سانتی­گراد)پایینی ابر تندری گاها مشاهده می شوند. در شرایط معمولی و هوای صاف سطح زمین دارای بار منفی است، اما زمانی که ابرهای تندری توسعه پیدا می­ نند، بارهای منفی واقع در بخش پایین ابر تندری، بارهای منفی سطح زمین را دفع کرده و بارهای مثبت را به سمت خود جذب می­ کنند و به این ترتیب زیر ابر تندری در سطح زمین بارهای مثبت تجمع می کنند.

2. به طور معمول هوا یک عایق نسبتا خوب نسبت به جریان الکتریسیته است، اما اگر اختلاف بین بارهای مثبت سطح زمین و بارهای منفی پایه ابر به اندازه کافی زیاد شود(از مرتبه میلیون ولت) خاصیت نارسانایی هوا از بین رفته و بارهای منفی می­ توانند به سطح زمین سرازیر شوند. چون بارهای مثبت موجود در پایه ابر معمولا به اندازه­ ای نیستند که بین آن­ها و بارهای منفی، تخلیه بار اتفاق بیفتد، بارهای منفی به شکل پیشروی پله ­ای به سمت زمین سرازیر می ­شوند. در ابتدا، پیشروی پله ای از بارهای مثبت موجود در سطح زمین بی­ خبر است. با پیشروی بیشتر پیشروی پله ­ای اغلب چندین شاخه می شود تا بتواند با بارهای مثبت سطح زمین برسند. پیشروی پله­ ای در هر گام حدود 5 متر را به جلو حرکت می­ کند (با سرعتی مابین 100 تا 200 هزار متر بر ثانیه یا 3 تا 7 ده هزاروم سرعت نور) و در هر گام درخش­ های کوتاه و مختصری را از خود نشان می­ دهد. بنابراین سفرش به سمت زمین تقریبا 10 تا 30 میلی­ ثانیه طول می­ کشد. این پیشروی پله ­ای توسط دوربین­های مخصوص و همچنین شبکه­ های زمین پایه مثل LMA قابل شناسایی هستند. LMA سیگنال­ های رادیویی با فرکانس بالا که از حرکت بارهای الکتریکی پیشروی پله ­ای تابیده می­ شود را دریافت می ­کند. درخشش پیشروی پله ­ای به اندازه­ای نیست که از بالای ابر تندری دیده و شناسایی شود؛ از این رو توسط GLM (ابزار شناسایی آذرخش که روی ماهواره GEOS قرار گرفته است) نیز قابل شناسایی نیست.

3. با نزدیک شدن پیشروی­ پله ­ای به سطح زمین، بارهای مثبت بیشتری در سطح زمین جمع­ می­ شوند. نزدیک شدن سردسته ­های پیشروی پله­ ای به زمین باعث می ­شود که هوای بالای اشیای نوک تیز و بلند زمین یونیزه شده و رسانایی افزایش یابد.  به این ترتیب ستون های نوری از سمت زمین به سمت بالا از بارهای مثبت شکل می­ گیرد. این ستون­های نور بالارونده (بالارو) نیز مانند پیشروی پله­ ای درخشندگی بالایی ندارند و از بالای ابر تندری قابل شناسایی و مشاهده نیستند.

4.  وقتی پیشروی پله ­ای به نزدیکی­ های سطح زمین می­ رسد، با شاخه صعودی (ستون نوری بالارو) ملاقات کرده و به این ترتیب آذرخش ­راه شکل می­ گیرد. اکنون کوبش های بازگشتی شکل می­ گیرند. در طی وقوع کوبش های بازگشتی بارهای منفی پایه بار به سمت زمین سرازیر شده و بارهای مثبت به سمت ابر حرکت می­ کنند. تخلیه بارهای مثبت و منفی تقریبا در 60 میکرو ثانیه انجام می­ شود (150 بار سریعتر از پیشروی پله­ ای) و با سرعتی نزدیک به یک سوم سرعت نور. در طی وقوع کوبش بازگشتی بارهای الکتریکی بسیار زیادی در آذرخش­ راه جابه­ جا می ­شود که نتایج مهمی را به دنبال دارد: امواج رادیویی که به وسیله شبکه­ های زمین پایه قابل شناسایی هستند، پالس ­های نوری درخشان که توسط GLM قابل شناسایی است (ضربه ­های بازگشتی بخش قابل توجهی از قسمت­های فوقانی ابر را روشن می ­کنند)، هوای بسیار گرمی که که به یکباره منبسط شده و موج صوتی یا تندر را ایجاد می­ کند و تشکیل NOX .

5. اگر بارهای منفی باقی­مانده در ابر به اندازه کافی موجود باشند، پیشروی منفی دیگری به نام پیشروی پیکانی از مسیری که توسط پیشروی پله ­ای ایجاد شده به سمت زمین سرازیر می­شود (این پیشرو 10 برابر سریعتر از پیشروی پله­ ای طی مسیر می ­کند). این پیشروی پیکانی نیز همانند پیشروی پله­ ای چندان درخشان نیست که توسط GLM قابل شناسایی باشد.

6.     کوبش های بازگشتی نیز پس از رسیدن پیشروی پله­ ای دوباره به سمت ابر به وقوع می­ پیوندد (البته با شدت کمتر نسبت به اولین کوبش بازگشتی) که این کوبش های بازگشتی نیز توسط GLM قابل شناسایی است.

پیشروی پیکانی و کوبش های بازگشتی آنقدر ادامه می­ یابند که بارهای منفی پایه ابر به کمترین میزان ممکن برسند و این رفت و برگشت­ ها به صورت چشمک و سوسو زدن به نظر می ­آید. بارهای منفی پایه ابر به طور معمول بین 100 تا 200 میلی ­ثانیه تخیله می ­شوند؛ چون GLM در هر 2 میلی­ ثانیه یک عکس می­ گیرد بنابراین برای آشکارسازی پالس ­های نوری که در تخلیه ­های بسیار پرانرژی درخش­ های آذرخش رخ می­دهد، بسیار مناسب است.

نقش آذرخش در پاکسازی جو

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 اکسایش جو کره زمین، یا تمیزکاری که به صورت طبیعی در جو زمین اتفاق می‌افتد، توسط صاعقه انجام می‌شود.

آتش سنت المو

آتش سنت المو نام یک پدیده جوی الکتریکی است که با تخلیه بارهای الکتریکی همراه است. این پدیده درخششی است که در هوای توفانی و مرطوب، پیرامون صخره‌های بلند و نوک تیز، دیده می‌شود. بر پایهٔ یک اصل فیزیکی، بارهای الکتریکی در نوک اجسام جمع می‌شوند. این بارها مولکولها و یونهای موجود در هوا را به سوی خود می‌کشند. این بارهای الکتریکی موجب تخلیه الکتریکی می‌شوند که با نور و درخشش همراه است. دریانوردان اروپایی در سده پانزدهم به بعد، نام این پدیده را آتش سنت المو نهاده‌اند.