ทำไมถึงมีฟ้าร้อง? ทำไมฟ้าร้องจึงเกิดขึ้น?
พายุฝนฟ้าคะนองเป็นปรากฏการณ์ในบรรยากาศแม้ว่าจะไม่หายากเช่นแสงเหนือหรือแสงของเซนต์เอลโม แต่ก็ไม่สว่างและน่าประทับใจด้วยความแข็งแกร่งและพลังดั้งเดิมที่ไม่ย่อท้อ ไม่ใช่เพื่ออะไรเลยที่กวีโรแมนติกและนักเขียนร้อยแก้วทุกคนชอบที่จะอธิบายสิ่งนี้ในผลงานของพวกเขา และนักปฏิวัติมืออาชีพมองว่าในพายุฝนฟ้าคะนองเป็นสัญลักษณ์ของความไม่สงบของประชาชนและการเปลี่ยนแปลงทางสังคมอย่างรุนแรง จากมุมมองทางวิทยาศาสตร์ พายุฝนฟ้าคะนองหมายถึงฝนที่ตกหนัก พร้อมด้วยลมพายุ ฟ้าผ่า และฟ้าร้อง แต่ถ้าคุณคงเข้าใจทุกอย่างเกี่ยวกับฝนและลมแล้ว ก็ควรพูดถึงองค์ประกอบอื่นๆ ของพายุฝนฟ้าคะนองโดยละเอียดอีกสักหน่อย
ฟ้าร้องและฟ้าผ่าคืออะไร
ฟ้าผ่าเป็นชื่อที่ตั้งให้กับการปล่อยกระแสไฟฟ้าอันทรงพลังในชั้นบรรยากาศ ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งระหว่างเมฆคิวมูลัสแต่ละก้อน และระหว่างเมฆฝนกับพื้นดิน สายฟ้าเป็นอาร์คไฟฟ้าขนาดยักษ์ที่มีความยาวเฉลี่ย 2.5 - 3 กิโลเมตร พลังฟ้าผ่าอันเหลือเชื่อนั้นเห็นได้จากความจริงที่ว่ากระแสไฟฟ้าที่ปล่อยออกมานั้นสูงถึงหลายหมื่นแอมแปร์และแรงดันไฟฟ้าสูงถึงหลายล้านโวลต์ เมื่อพิจารณาว่าพลังมหัศจรรย์ดังกล่าวถูกปล่อยออกมาภายในเวลาไม่กี่มิลลิวินาที การปล่อยฟ้าผ่าจึงเรียกได้ว่าเป็นการระเบิดทางไฟฟ้าที่มีพลังอันเหลือเชื่อ เห็นได้ชัดว่าการระเบิดดังกล่าวทำให้เกิดลักษณะของคลื่นกระแทกอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ซึ่งจะสลายตัวเป็นคลื่นเสียงและสลายตัวเมื่อมันแพร่กระจายในอากาศ จึงเห็นได้ชัดเจนว่าฟ้าร้องคืออะไร
ฟ้าร้องคือการสั่นสะเทือนของเสียงที่เกิดขึ้นในบรรยากาศภายใต้อิทธิพลของคลื่นกระแทกที่เกิดจากการปล่อยกระแสไฟฟ้าอันทรงพลัง เมื่อพิจารณาว่าอากาศในช่องฟ้าผ่าจะร้อนขึ้นทันทีถึงอุณหภูมิประมาณ 20,000 องศาซึ่งสูงกว่าอุณหภูมิพื้นผิวดวงอาทิตย์การปล่อยดังกล่าวจะมาพร้อมกับเสียงคำรามที่ทำให้หูหนวกอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้เช่นเดียวกับการระเบิดที่ทรงพลังอื่น ๆ แต่ฟ้าแลบกินเวลาไม่ถึงหนึ่งวินาที และเราได้ยินเสียงฟ้าร้องดังก้องยาว เหตุใดสิ่งนี้จึงเกิดขึ้นทำไมฟ้าร้องคำราม? นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาปรากฏการณ์บรรยากาศมีคำตอบสำหรับคำถามนี้
ทำไมเราถึงได้ยินเสียงฟ้าร้อง?
ฟ้าแลบเกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศเนื่องจากฟ้าผ่าดังที่เราได้กล่าวไปแล้วว่ามีความยาวมาก ดังนั้นเสียงจากส่วนต่างๆ จึงไม่เข้าหูเราพร้อมๆ กัน แม้ว่าเราจะเห็นแสงวาบวาบเองทั้งหมดก็ตาม สักครู่หนึ่ง นอกจากนี้ การเกิดฟ้าร้องยังได้รับการอำนวยความสะดวกโดยการสะท้อนของคลื่นเสียงจากเมฆและพื้นผิวโลก รวมถึงการหักเหและการกระจายตัวของพวกมัน
แน่นอนว่าทุกคนรู้ปรากฏการณ์บรรยากาศเช่นพายุฝนฟ้าคะนอง ทุกวันจะมีพายุฝนฟ้าคะนองอย่างน้อยหนึ่งพันห้าพันครั้งเกิดขึ้นบนโลก ส่วนใหญ่จะพบเห็นได้ทั่วทวีป แต่มีน้อยกว่ามากในมหาสมุทร กิจกรรมพายุฝนฟ้าคะนองสูงสุดสามารถสังเกตได้เหนือดินแดนของแอฟริกากลาง เหนืออาร์กติกและแอนตาร์กติกปรากฏการณ์นี้แทบไม่มีให้เห็นเลย
พายุฝนฟ้าคะนองเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่อันตรายที่สุด ไม่กี่คนที่รู้ แต่จำนวนผู้เสียชีวิตที่เกิดขึ้นระหว่างพายุฝนฟ้าคะนองเทียบได้กับน้ำท่วมเท่านั้น การปล่อยประจุไฟฟ้า - ฟ้าผ่า - เกิดขึ้นภายในเมฆฝนฟ้าคะนองหรือระหว่างพื้นผิวโลกกับเมฆคิวมูลัส ซึ่งมาพร้อมกับเสียงฟ้าร้อง ทำไมฟ้าร้องจึงดังในช่วงที่เกิดพายุฝนฟ้าคะนอง? หลายคนสนใจคำถามนี้ แต่ก่อนที่จะตอบคำถามต้องเข้าใจว่าฟ้าร้องและฟ้าผ่าคืออะไร ธรรมชาติของพวกมันเป็นอย่างไร พวกมันมาจากไหน?
พายุ
พายุฝนฟ้าคะนอง "ถูกปล่อยออกมา" โดยพลังงานที่เกิดขึ้นระหว่างการพาอากาศ อากาศที่อุ่นขึ้นจะลอยขึ้นสู่ด้านบน หากมีความชื้นในชั้นบนเพียงพอ เงื่อนไขเบื้องต้นสำหรับการก่อตัวของพายุฝนฟ้าคะนองก็จะเกิดขึ้น ในชั้นบนของชั้นบรรยากาศ ประจุไฟฟ้าที่แตกต่างกันเกิดขึ้นระหว่างก้อนน้ำแข็งเนื่องจากการเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว ความชื้นสูง น้ำแข็งลอย และอากาศอุ่นที่ลอยขึ้นมาจากพื้นดินมีส่วนทำให้เกิดเมฆฝนฟ้าคะนอง พายุฝนฟ้าคะนองก่อให้เกิดปรากฏการณ์เลวร้ายเช่นพายุทอร์นาโดซึ่งมักเกิดขึ้นทั่วทวีปอเมริกา พายุทอร์นาโดก่อตัวใต้เมฆฝนฟ้าคะนอง
ฟ้าผ่า
ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ: ฟ้าผ่าไม่ได้เกิดขึ้นเฉพาะบนโลกเท่านั้น นักดาราศาสตร์ได้บันทึกฟ้าผ่าบนดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวศุกร์ และดาวยูเรนัส ความแรงของกระแสไฟฟ้าในการปล่อยฟ้าผ่ามีตั้งแต่ 10,000 ถึง 100,000 แอมแปร์ และแรงดันไฟฟ้าสามารถสูงถึง 50 ล้านโวลต์! สายฟ้ามีขนาดมหึมา - สูงถึง 20 กิโลเมตร อุณหภูมิภายในฟ้าผ่าอาจสูงกว่าอุณหภูมิบนพื้นผิวดวงอาทิตย์ถึงห้าเท่า
การปรากฏตัวของฟ้าผ่าในพายุฝนฟ้าคะนองได้รับการอำนวยความสะดวกโดยการใช้พลังงานไฟฟ้าของเมฆ สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะว่าเมฆฝนฟ้าคะนองมีขนาดใหญ่มาก หากด้านบนของเมฆดังกล่าวอยู่ที่ระดับความสูงเจ็ดกิโลเมตร ขอบล่างของเมฆก็สามารถแขวนอยู่เหนือพื้นดินได้ที่ระดับความสูงครึ่งกิโลเมตร ที่ระดับความสูง 3-4 กิโลเมตร น้ำจะแข็งตัวและกลายเป็นน้ำแข็งชิ้นเล็กๆ ซึ่งเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่องจากกระแสลมอุ่นที่ลอยขึ้นมาจากพื้นดิน
เมื่อชนกัน ชิ้นส่วนของน้ำแข็งก็เกิดไฟฟ้าช็อต อันที่เล็กกว่าจะถูกเรียกเก็บเงิน "เชิงบวก" และอันที่ใหญ่กว่า - "เชิงลบ" เนื่องจากน้ำหนักที่แตกต่างกัน น้ำแข็งชิ้นเล็กจึงอยู่ที่ด้านบนสุดของเมฆฝนฟ้าคะนอง และชิ้นใหญ่อยู่ที่ด้านล่าง ปรากฎว่าส่วนบนสุดของเมฆมีประจุบวก และส่วนล่างมีประจุลบ
เมื่อเข้าใกล้กัน พื้นที่ที่มีประจุต่างกันจะสร้างช่องพลาสมาซึ่งอนุภาคมีประจุอื่นพุ่งทะลุผ่าน นี่คือสายฟ้าที่เราเห็น เนื่องจากกระแสน้ำทั้งหมดไหลไปตามเส้นทางที่มีความต้านทานน้อยที่สุด ฟ้าผ่าจึงปรากฏซิกแซก
ฟ้าร้อง
ในสมัยโบราณผู้คนก็กลัวฟ้าร้องและฟ้าผ่าไม่แพ้กัน ไม่ใช่เพื่ออะไรเลยที่หลาย ๆ คนเรียกพระเจ้าผู้สูงสุดว่าผู้ฟ้าร้อง สายฟ้าฟาดใด ๆ จะมาพร้อมกับฟ้าร้อง ที่จริงแล้วฟ้าร้องก็คือการสั่นสะเทือนในอากาศ สายฟ้าฟาดลงมาสร้างความกดดันอย่างรุนแรงต่อหน้ามัน ซึ่งมาจากความร้อนแรง จากนั้นอากาศก็จะถูกอัดอีกครั้ง คลื่นเสียงสะท้อนซ้ำๆ จากก้อนเมฆ และในขณะนี้ก็เกิดเสียงฟ้าร้องดังขึ้น
อย่างไรก็ตาม ตามช่วงเวลาระหว่างฟ้าแลบและฟ้าร้อง คุณสามารถกำหนดระยะทางโดยประมาณถึงพายุฝนฟ้าคะนองได้ ความเร็วของเสียงขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของอากาศ คุณสามารถรับค่าประมาณ 300 เมตรต่อวินาที หลังจากทำการคำนวณง่ายๆ ทุกคนจะได้ระยะทางโดยประมาณไปยังองค์ประกอบที่บ้าคลั่ง หากระยะห่างจากพายุฝนฟ้าคะนองไกลมาก (อย่างน้อย 20 กิโลเมตร) เสียงฟ้าร้องจะไม่เข้าหูคน
ในช่วงที่เกิดพายุฝนฟ้าคะนอง ไม่ควรซ่อนตัวอยู่ใต้ต้นไม้ต้นเดียว มีความเป็นไปได้สูงมากที่ฟ้าผ่าจะกระทบต้นไม้ เป็นการดีกว่าที่จะรอให้พายุฝนฟ้าคะนองอยู่ในอาคารโดยปิดหน้าต่างไว้ หากเป็นไปไม่ได้ ป่าทึบก็เหมาะสำหรับเป็นที่พักอาศัย
พายุฝนฟ้าคะนองเป็นปรากฏการณ์ที่น่ากลัว ไม่ว่าเราจะอยู่ที่ไหน ที่บ้านหรือบนถนน ยังน่ากลัวอยู่เลย แสงจ้าแวววาวและเสียงคำรามที่กลิ้งไปมานั้นน่ากลัว เสียงเหมือนจะไล่ตามกัน ใกล้เข้ามา ตอนนี้เคลื่อนตัวออกไป ในสมัยโบราณ ผู้คนถือว่าเสียงคำรามจากสวรรค์เป็นความโกรธเกรี้ยวของเทพเจ้า และสายฟ้าก็เป็นดาบลงโทษ แต่เราเข้าใจว่ามีคำอธิบายทางโลกมากกว่านี้สำหรับปรากฏการณ์เหล่านี้ ทำไมถึงมีฟ้าร้อง? เหตุใดเขาจึงแยกจากสายฟ้าไม่ได้? ทำไมฝนตกในช่วงพายุฝนฟ้าคะนอง?
เมฆฝนก่อตัวได้อย่างไร?
มีน้ำอยู่ในอากาศในชั้นบรรยากาศ ในรูปของไอน้ำ ภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิอากาศที่สูง ไออุ่นจะลอยขึ้นมาจากผิวน้ำ อากาศอุ่นดันจากด้านล่าง
ในชั้นบรรยากาศชั้นบนอุณหภูมิจะต่ำกว่า ยิ่งไอน้ำสูงขึ้นเท่าไร รอบๆ ก็จะยิ่งเย็นลงเท่านั้น ดังนั้นมันจึงเย็นลง
มีมากกว่าก๊าซและน้ำในบรรยากาศ มีฝุ่นด้วย ไอน้ำเย็นจะควบแน่นรอบอนุภาคที่เล็กที่สุด หยดน้ำขนาดเล็กและชิ้นส่วนน้ำแข็งกลายเป็นเมฆ พวกเขาแตกต่างกัน ในรูปของขนนกหรือกองขนาดใหญ่ มีแถบสีขาวบนเนินสวรรค์หรือผ้าขี้ริ้วฉีกขาด
เมฆฟ้าร้องเกิดจากการชนกันของมวลอากาศ จากนั้นมีผลึกน้ำจำนวนมากสะสมอยู่ที่ส่วนบน มันกลายเป็นม่านสีขาวหนาทึบ มันทำให้เมฆทั้งหมดสว่างไสวด้วยความหนาวเย็น ซึ่งกลายเป็นสีตะกั่วที่เข้มข้น นั่นเป็นเหตุผลที่เราเรียกเมฆดังกล่าวว่า “ตะกั่ว” “หนัก”
วางไข่ของฟ้าร้องและฟ้าผ่า
เมฆสายฟ้าให้กำเนิด Bliskawitz และสายฟ้าก็กลายเป็นเสียงคำรามจากสวรรค์ สิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร? ทำไมถึงมีฟ้าร้อง?
1. หยดและชิ้นส่วนของน้ำแข็งที่ด้านบนของเมฆฝนฟ้าคะนองทำปฏิกิริยากับโมเลกุลของอากาศและกลายเป็นประจุไฟฟ้า เมื่อหนักก็ล้มลง ดังนั้นส่วนล่างของเมฆจึงมีประจุลบ
2. ในเวลาเดียวกัน ประจุบวกจะสะสมที่ด้านบนของก้อนเมฆ และบวกและลบดึงดูดกัน
3. ภายใต้อิทธิพลของแรงดึงดูดทั้งเชิงบวกและเชิงลบทำให้เกิดความตึงเครียด เมื่อคำนึงถึงขนาดของเมฆ (กว้างไม่เกินสิบกิโลเมตร) แรงดันไฟฟ้านี้ถึงหลายร้อยล้านโวลต์ สายฟ้าจึงถือกำเนิดขึ้นอย่างนี้
4. ประกายไฟที่ปรากฏขึ้นจากเมฆตกลงสู่พื้น อุณหภูมิของเธอมหาศาล - มากกว่ายี่สิบองศา ผลจากการเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วของลูกศรเพลิง ทำให้เกิดความกดดันอย่างมากในบรรยากาศ และทันทีที่อยู่ด้านหลัง อากาศก็อัดตัวอย่างรวดเร็วและกลับสู่สภาพเดิม ผลที่ได้คือเสียงระเบิด ฟ้าร้องจึงบังเกิดเป็นเช่นนี้
คำถามที่พบบ่อย:
ทำไมเราเห็นฟ้าผ่าก่อน แล้วจึงได้ยินเสียงฟ้าร้อง?
เพราะความเร็วแสงเร็วกว่าความเร็วเสียงหลายร้อยล้านเท่า
ทำไมเราถึงได้ยินเสียงฟ้าร้อง?
เพราะคลื่นเสียงต้องเผชิญกับอุปสรรคต่างๆ ระหว่างทาง (เมฆ ดิน) และสะท้อนจากสิ่งเหล่านั้น สิ่งนี้เกิดขึ้นหลายครั้ง จึงเกิดเสียงฟ้าร้องดังขึ้น
บางครั้งเราเห็นบลิสกาวิสา แต่ไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง ทำไม
พายุฝนฟ้าคะนองอยู่ไกลจากเราเกินยี่สิบกิโลเมตร
การล่าถอยของความร้อนที่รอคอยมานานมาพร้อมกับพายุฝนฟ้าคะนองที่รุนแรง เซนต์ปีเตอร์สเบิร์กประสบพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรง 2 ครั้งในช่วงสัปดาห์ที่ผ่านมา สายตาแย่มาก ดูเหมือนท้องฟ้ากำลังแตกร้าวและแหลกเป็นชิ้นๆ มีสายฟ้าฟาดคล้ายการระเบิด
เหตุใดจึงเกิดพายุฝนฟ้าคะนองเช่นนี้ มีต้นกำเนิดในชั้นบรรยากาศได้อย่างไร? คำถามดังกล่าวเข้ามาในใจในช่วงเวลาที่เกิดพายุเช่นนี้ ลองคิดดูจากแหล่งข้อมูลที่มีความสามารถ คุณจะเห็นได้อย่างไร อุณหภูมิมีบทบาทสำคัญในที่นี่
พายุฝนฟ้าคะนองมักเกิดขึ้นที่ไหน?
เหนือทวีปในเขตร้อน มีพายุฝนฟ้าคะนองเหนือมหาสมุทรน้อยกว่ามาก เหตุผลประการหนึ่งของความไม่สมดุลนี้คือการหมุนเวียนความร้อนอย่างรุนแรงในพื้นที่ทวีป ซึ่งพื้นดินได้รับความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพจากรังสีดวงอาทิตย์ การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของอากาศร้อนทำให้เกิดการก่อตัวของเมฆแนวตั้งที่มีการพาความร้อนที่ทรงพลัง โดยส่วนบนซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่า - 40°C เป็นผลให้เกิดอนุภาคของน้ำแข็งเม็ดหิมะและลูกเห็บซึ่งปฏิสัมพันธ์กับพื้นหลังของการไหลขึ้นอย่างรวดเร็วนำไปสู่การแยกประจุ
ประมาณ 78% ของฟ้าผ่าทั้งหมดถูกบันทึกระหว่างละติจูด 30°S และ 30°เหนือ ความหนาแน่นเฉลี่ยสูงสุดของจำนวนการระบาดต่อหน่วยพื้นผิวโลกสังเกตได้ในแอฟริกา (รวันดา) ลุ่มน้ำคองโกทั้งหมดซึ่งมีพื้นที่ประมาณ 3 ล้าน km2 แสดงให้เห็นกิจกรรมฟ้าผ่าที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเป็นประจำ
ฟ้าร้องชาร์จอย่างไร?
นี่เป็นคำถามที่น่าสนใจที่สุดใน “วิทยาศาสตร์พายุฝนฟ้าคะนอง” ฟ้าร้องมีขนาดใหญ่มาก เพื่อให้สนามไฟฟ้าที่มีขนาดเทียบเคียงกับสนามพังทลายเกิดขึ้นได้ในระดับหลายกิโลเมตร (ประมาณ 30 กิโลโวลต์/ซม. สำหรับอากาศภายใต้สภาวะปกติ) จำเป็นต้องมีการแลกเปลี่ยนประจุแบบสุ่มระหว่างการชนกันของของแข็งหรือของเหลวของเมฆ อนุภาคนำไปสู่การประสานงานร่วมกันของผลกระทบจากการเพิ่มของกระแสขนาดเล็กในกระแสขนาดมหภาคที่มีขนาดใหญ่มาก (หลายแอมแปร์) ดังที่แสดงโดยการวัดสนามไฟฟ้าบนพื้นผิวโลก รวมถึงภายในสภาพแวดล้อมของเมฆ (บนบอลลูน เครื่องบิน และจรวด) ในเมฆฝนฟ้าคะนองทั่วไป ประจุลบ "หลัก" - โดยเฉลี่ยหลายสิบคูลอมบ์ - ครอบครอง ช่วงระดับความสูงที่สอดคล้องกับอุณหภูมิตั้งแต่ 10 ถึง 25° C ประจุบวก "หลัก" ก็มีประจุคูลอมบ์หลายสิบเช่นกัน แต่ตั้งอยู่เหนือประจุลบหลัก ดังนั้นการปล่อยฟ้าผ่าจากเมฆสู่พื้นส่วนใหญ่จะให้ประจุลบแก่พื้น อย่างไรก็ตาม ประจุบวกที่มีขนาดเล็กกว่า (10 C) ก็มักจะพบในส่วนล่างของเมฆเช่นกัน
เพื่ออธิบายโครงสร้างของสนามแม่เหล็กและประจุในเมฆฝนตามที่อธิบายไว้ข้างต้น จึงมีการพิจารณากลไกการแยกประจุหลายอย่าง ก่อนอื่นเลย ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิและองค์ประกอบของเฟสของตัวกลาง แม้จะมีกลไกทางจุลฟิสิกส์มากมายของการใช้พลังงานไฟฟ้า แต่ผู้เขียนหลายคนกำลังพิจารณาการแลกเปลี่ยนประจุหลักแบบไม่เหนี่ยวนำระหว่างการชนของผลึกน้ำแข็งและอนุภาคเม็ดหิมะขนาดเล็ก (ที่มีขนาดตั้งแต่ไม่กี่ถึงสิบไมโครเมตร) ในการทดลองในห้องปฏิบัติการพบว่ามีค่าอุณหภูมิลักษณะเฉพาะซึ่งสัญญาณของประจุเปลี่ยนแปลงไปซึ่งเรียกว่า จุดกลับตัว โดยปกติจะอยู่ระหว่าง 15 ถึง 20°C คุณลักษณะนี้เองที่ทำให้กลไกนี้ได้รับความนิยมอย่างมาก เนื่องจากเมื่อพิจารณาโปรไฟล์อุณหภูมิทั่วไปในเมฆแล้ว จึงอธิบายโครงสร้างสามขั้วของการกระจายความหนาแน่นของประจุ
การทดลองล่าสุดแสดงให้เห็นว่าเมฆฝนฟ้าคะนองจำนวนมากมีโครงสร้างประจุอวกาศที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น (มากถึงหกชั้น) การเคลื่อนตัวของเมฆดังกล่าวอาจจะอ่อนแอ แต่สนามไฟฟ้ามีโครงสร้างหลายชั้นที่มั่นคง ใกล้กับศูนย์ไอโซเทอร์ม (0 °C) จะมีชั้นประจุอวกาศที่ค่อนข้างแคบ (หนาหลายร้อยเมตร) และเสถียรเกิดขึ้นที่นี่ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นสาเหตุให้เกิดการเกิดฟ้าผ่าสูง คำถามเกี่ยวกับกลไกและรูปแบบของการก่อตัวของชั้นประจุบวกในบริเวณใกล้เคียงกับไอโซเทอร์มเป็นศูนย์ยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ แบบจำลองที่พัฒนาขึ้นที่ IAP ขึ้นอยู่กับกลไกการแยกประจุระหว่างการละลายของอนุภาคน้ำแข็ง ยืนยันการก่อตัวของชั้นประจุบวกระหว่างการละลายของอนุภาคน้ำแข็งใกล้กับศูนย์ไอโซเทอร์มที่ระดับความสูงประมาณ 4 กม. การคำนวณแสดงให้เห็นว่าภายใน 10 นาที จะเกิดโครงสร้างสนามที่มีค่าสูงสุดประมาณ 50 กิโลโวลต์/เมตร
ฟ้าผ่าเกิดขึ้นได้อย่างไร?
มีหลายทฤษฎี เมื่อเร็วๆ นี้ มีการเสนอและศึกษาสถานการณ์ฟ้าผ่าใหม่ที่เกี่ยวข้องกับระบบคลาวด์ที่เข้าสู่ระบอบวิกฤตที่จัดการด้วยตนเอง ในแบบจำลองของเซลล์ไฟฟ้า (ที่มีขนาดลักษณะเฉพาะประมาณ 1-30 ม.) ที่มีศักยภาพในการเติบโตแบบสุ่มในอวกาศและเวลา การแยกย่อยขนาดเล็กที่แยกจากกันระหว่างคู่ของเซลล์อาจทำให้เกิด “การแพร่ระบาด” ของไมโครคลาวด์ภายใน -discharges - มีการเล่นกระบวนการสุ่มของ "การทำให้เป็นโลหะ" แฟร็กทัลของสภาพแวดล้อมภายในคลาวด์ เช่น การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของสภาพแวดล้อมคลาวด์ไปสู่สถานะที่คล้ายกับเว็บปริมาตรของเธรดตัวนำแบบไดนามิกเทียบกับพื้นหลังที่มีช่องฟ้าผ่าที่มองเห็นได้ด้วยตาเกิดขึ้น - ช่องพลาสมาตัวนำซึ่งประจุไฟฟ้าหลักจะถูกถ่ายโอนผ่าน
ตามแนวคิดบางประการ การปล่อยประจุเริ่มต้นจากรังสีคอสมิกพลังงานสูง ซึ่งกระตุ้นให้เกิดกระบวนการที่เรียกว่าการสลายอิเล็กตรอนแบบควบคุมไม่ได้ เป็นที่น่าสนใจว่าการมีอยู่ของโครงสร้างเซลล์ของสนามไฟฟ้าในเมฆฝนฟ้าคะนองกลายเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับกระบวนการเร่งอิเล็กตรอนให้เป็นพลังงานเชิงสัมพัทธภาพ เซลล์ไฟฟ้าที่เน้นแบบสุ่ม พร้อมด้วยความเร่ง จะทำให้อายุการใช้งานของอิเล็กตรอนเชิงสัมพัทธภาพในระบบคลาวด์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เนื่องจากลักษณะการแพร่กระจายของวิถีพวกมัน ทำให้สามารถอธิบายระยะเวลาที่สำคัญของการระเบิดของรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา และธรรมชาติของความสัมพันธ์กับแสงวาบฟ้าผ่าได้ บทบาทของรังสีคอสมิกสำหรับกระแสไฟฟ้าในชั้นบรรยากาศควรได้รับการชี้แจงโดยการทดลองเพื่อศึกษาความสัมพันธ์กับปรากฏการณ์พายุฝนฟ้าคะนอง ขณะนี้การทดลองดังกล่าวกำลังดำเนินการที่สถานีวิทยาศาสตร์ระดับสูง Tien Shan ของสถาบันกายภาพแห่ง Russian Academy of Sciences และที่หอดูดาว Baksan Neutrino ของสถาบันวิจัยนิวเคลียร์ของ Russian Academy of Sciences
โปรดสังเกตด้วยว่าปรากฏการณ์การปล่อยก๊าซในชั้นบรรยากาศกลางซึ่งสัมพันธ์กับการเกิดพายุฝนฟ้าคะนอง ได้รับการเรียกชื่อที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับความสูงเหนือพื้นโลก สิ่งเหล่านี้คือสไปรต์ (พื้นที่เรืองแสงขยายจากระดับความสูง 50-55 กม. เป็น 85-90 กม. เหนือพื้นดิน และระยะเวลาของแฟลชมีตั้งแต่หน่วยถึงสิบมิลลิวินาที) เอลฟ์ (ระดับความสูง - 70-90 กม. ระยะเวลาน้อยกว่า มากกว่า 100 μs) และไอพ่น (การปลดปล่อยเริ่มต้นที่ด้านบนของเมฆและบางครั้งแพร่กระจายไปยังความสูงของชั้นบรรยากาศด้วยความเร็วประมาณ 100 กม./วินาที)
อุณหภูมิฟ้าผ่า
ในวรรณกรรม คุณจะพบข้อมูลที่ว่าอุณหภูมิของช่องฟ้าผ่าระหว่างการปล่อยประจุหลักอาจเกิน 25,000 °C หลักฐานที่ชัดเจนว่าอุณหภูมิของฟ้าผ่าสามารถสูงถึง 1,700 ° C พบได้บนยอดเขาหินและในพื้นที่ที่มีพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรง: fulgurites (จากภาษาละติน fulgur - ฟ้าผ่า) - หลอดควอทซ์เผาจากฟ้าผ่าซึ่งสามารถมีได้หลากหลาย รูปร่างแปลกประหลาด
ภาพถ่ายแสดงฟัลกูไรท์ที่พบในปี 2549 ในรัฐแอริโซนา สหรัฐอเมริกา (รายละเอียดบนเว็บไซต์ www.notjustrocks.com) ลักษณะของหลอดแก้วเกิดจากการที่เม็ดทรายมีอากาศและความชื้นอยู่เสมอ กระแสไฟฟ้าของฟ้าผ่าทำให้อากาศและไอน้ำร้อนขึ้นจนถึงอุณหภูมิมหาศาลภายในเสี้ยววินาที ทำให้เกิดแรงดันอากาศเพิ่มขึ้นอย่างระเบิดระหว่างเม็ดทรายและการขยายตัวของมัน อากาศที่ขยายตัวจะก่อตัวเป็นโพรงทรงกระบอกภายในทรายหลอมเหลว การระบายความร้อนอย่างรวดเร็วในเวลาต่อมาจะแก้ไขฟัลกูไรต์ซึ่งเป็นท่อแก้วในทราย ฟัลกูไรต์ซึ่งประกอบด้วยซิลิกาที่หลอมละลาย มักจะปรากฏเป็นท่อรูปทรงกรวยที่มีความหนาพอๆ กับดินสอหรือนิ้ว พื้นผิวด้านในเรียบและละลาย ส่วนพื้นผิวด้านนอกเกิดจากเม็ดทรายและสิ่งแปลกปลอมที่ติดอยู่กับมวลที่ละลาย สีของฟูลกูไรต์ขึ้นอยู่กับแร่ธาตุเจือปนในดินทราย ฟูลกูไรต์เปราะบางมาก และการพยายามกำจัดทรายที่เกาะอยู่มักจะนำไปสู่การทำลายล้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับฟัลกูไรต์ที่มีกิ่งก้านซึ่งก่อตัวในทรายเปียก เส้นผ่านศูนย์กลางของฟูลกูไรต์แบบท่อไม่เกินสองสามเซนติเมตร ความยาวอาจถึงหลายเมตร พบฟูลกูไรต์ยาว 5-6 เมตร
การศึกษาฟ้าผ่าและไฟฟ้าในชั้นบรรยากาศโดยทั่วไปเป็นสาขาวิชาวิทยาศาสตร์ที่น่าสนใจและสำคัญมาก มีการเผยแพร่เอกสารทางวิทยาศาสตร์และบทความยอดนิยมมากมายในหัวข้อนี้ ลิงก์ไปยังเอกสารทบทวนที่ครอบคลุมที่สุดฉบับหนึ่งจะอยู่ท้ายบันทึกของเรา
โดยสรุป ฉันอยากจะทราบว่าฟ้าผ่าเป็นภัยคุกคามร้ายแรงต่อชีวิตมนุษย์ การที่บุคคลหรือสัตว์พ่ายแพ้ด้วยฟ้าผ่ามักเกิดขึ้นในพื้นที่เปิดโล่ง เนื่องจากกระแสไฟฟ้าไหลไปตามเส้นทางที่สั้นที่สุด "พื้นเมฆฝนฟ้าคะนอง" บ่อยครั้งฟ้าผ่าทำลายต้นไม้และการติดตั้งหม้อแปลงไฟฟ้าบนทางรถไฟ ทำให้เกิดไฟไหม้ เป็นไปไม่ได้ที่จะถูกฟ้าผ่าแบบเส้นตรงภายในอาคาร แต่มีความเห็นว่าสิ่งที่เรียกว่าบอลสายฟ้าสามารถทะลุผ่านรอยแตกและหน้าต่างที่เปิดอยู่ได้ ฟ้าผ่าตามปกติเป็นอันตรายต่อเสาอากาศโทรทัศน์และวิทยุที่อยู่บนหลังคาอาคารสูง รวมถึงอุปกรณ์เครือข่าย
ดูเหมือนทุกคนจะรู้ว่าทำไมฟ้าร้องคำราม แต่ก็ยากที่จะอธิบายข้อเท็จจริงข้อนี้ แน่นอนว่าเราไม่ใช่คนโบราณ และเราไม่เชื่อในพระพิโรธของเหล่าเทพเจ้าอีกต่อไป อย่างน้อยก็ในการสำแดงของพระพิโรธนี้ ทุกสิ่งในธรรมชาติ รวมถึงฟ้าร้อง ก็มีสาเหตุตามธรรมชาติของมันเอง
ประวัติเล็กน้อย
แน่นอนว่าเมฆฝนฟ้าคะนองดูน่าประทับใจและค่อนข้างน่ากลัวด้วยซ้ำ และเมื่อพวกมันถูกตัดขาดด้วยแสงจ้าของฟ้าแลบและได้ยินเสียงฟ้าร้องปรบมือดังก้อง พลังแห่งปรากฏการณ์ทางธรรมชาติก็ปรากฏให้เห็น ในช่วงเวลาดังกล่าวคน ๆ หนึ่งจะรู้สึกโดยเฉพาะอย่างยิ่งถึงความไม่มีนัยสำคัญของเขา แต่สาเหตุหลักมาจากการที่ผู้คนไม่ทราบสาเหตุของสิ่งที่เกิดขึ้น พวกเขามากับเทพที่แสดงความโกรธต่อมนุษยชาติด้วยวิธีนี้ ไม่ว่าอารยธรรมใดที่เรากำลังพูดถึงวิหารของเทพเจ้า ทุกที่ที่มีฟ้าร้องและเขาปกครองเหนือทุกคน เขาเป็นเทพเจ้าที่แข็งแกร่งที่สุด ปัจจุบันไม่มีศาสนาใดในโลกที่บ่งชี้ว่าปรากฏการณ์ทางธรรมชาตินี้มีพื้นฐานเหนือธรรมชาติ ผู้คนได้ศึกษาและอธิบายทุกสิ่งที่พวกเขากลัวมานานหลายศตวรรษ
ทำไมฟ้าร้องจึงเกิดขึ้นในธรรมชาติ?
ดังนั้น สายฟ้าจากสีน้ำเงินจึงเป็นเพียงวลีเชิงเปรียบเทียบเท่านั้น ไม่มีสิ่งนั้นจริงๆ มันไร้สาระ ดังนั้นจึงมีความเชื่อมโยงกับพายุฝนฟ้าคะนองและประเภทเมฆที่สอดคล้องกันอย่างแยกไม่ออก เมฆมีหลายประเภท: เนเคอร์รัส, เซอร์รัส, เซอร์โรคิวมูลัส และคิวมูลัส พวกเขาทั้งหมดแตกต่างกันในลักษณะและคุณสมบัติโครงสร้าง มันเป็นเมฆฝนฟ้าคะนองที่เกิดขึ้นตามปกติในกระบวนการชนกันของมวลอากาศต่างๆ ในเมฆประเภทนี้ โดยเฉพาะที่ส่วนบน จะเกิดผลึกน้ำแข็งเล็กๆ จำนวนมาก ด้วยกระบวนการนี้ ส่วนบนของเมฆทั้งหมดเริ่มถูกปกคลุมไปด้วยม่านสีขาวโดยเฉพาะ และตัวเมฆเองก็ค่อยๆ กลายเป็นสีที่เข้มขึ้นเรื่อยๆ คล้ายตะกั่ว
พูดได้เลยว่าพื้นดินพร้อมแล้วสำหรับฟ้าผ่าและมีฟ้าร้องที่มาพร้อมกับมันอยู่เสมอ หยดน้ำแบบจุดต่อจุดสัมผัสเข็มน้ำแข็งและอนุภาคอากาศด้วยเหตุนี้พวกมันจึงกลายเป็นกระแสไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว เมื่อน้ำพร้อมกับน้ำแข็งลอยขึ้นมา หนักพอที่จะเอาชนะแรงต้านจากอากาศได้ น้ำก็เริ่มตกลงมา ดังนั้นจึงถ่ายโอนประจุลบจากด้านบนไปยังส่วนล่างของเมฆฝนฟ้าคะนอง ดังนั้นฝนจึงตก มีการสะสมประจุลบที่ด้านล่างและประจุบวกที่ด้านบนสุดของเมฆฟ้าร้องแบบขนาน หากคุณจำบทเรียนฟิสิกส์ของโรงเรียนได้เพียงเล็กน้อย คุณสามารถเดาได้อย่างง่ายดายว่าจะเกิดอะไรขึ้นต่อไป: ด้านบนและด้านล่างของกลุ่มเมฆเริ่มดึงดูดกันด้วยแรงที่เพิ่มขึ้น นี่คือวิธีที่แรงดันไฟฟ้าเกิดขึ้น บางครั้งมีกำลังมหาศาลถึงสิบหรือหลายร้อยล้านโวลต์ อันที่จริงแล้ว มันทำให้เกิดประกายไฟ - สิ่งที่เราเรียกว่าฟ้าผ่า เธอรีบลงไปที่พื้นทันที แต่ในขณะเดียวกัน อากาศรอบๆ ก็ร้อนขึ้นอย่างมาก แต่อุณหภูมิอาจสูงถึง 25,000 °C และด้วยเหตุนี้จึงสร้างแรงกดดัน ทันทีที่ผ่านไป อากาศก็อัดตัวอีกครั้ง แต่การบีบอัดนี้กลับมาพร้อมกับเสียงแคร็ก นี่คือเสียงฟ้าร้อง พูดง่ายๆ ก็คือเราได้ยินเสียงคลื่น เพราะจากหลักสูตรฟิสิกส์ที่โรงเรียน เราจำได้ว่าคลื่นเสียงสะท้อนจากพื้นผิวของเมฆและพื้นดินมากกว่าหนึ่งครั้ง เวลาระหว่างแสงและเสียงมีน้อย มันเป็นเพียงความเร็วของเสียง
คุณรู้หรือไม่?
- ยีราฟถือเป็นสัตว์ที่สูงที่สุดในโลกมีความสูงถึง 5.5 เมตร สาเหตุหลักมาจากคอยาว แม้ว่าใน [...]
- หลายคนจะเห็นพ้องต้องกันว่าผู้หญิงในตำแหน่งนี้กลายเป็นคนที่เชื่อโชคลางเป็นพิเศษ พวกเธออ่อนแอต่อความเชื่อโชคลางทุกประเภทและ […]
- เป็นเรื่องยากที่จะเจอคนที่ไม่เห็นพุ่มกุหลาบที่สวยงาม แต่ในขณะเดียวกันก็เป็นความรู้ทั่วไป ว่าพืชชนิดนี้ค่อนข้างอ่อนโยน [...]
- ใครก็ตามที่พูดได้อย่างมั่นใจว่าไม่รู้ว่าผู้ชายดูหนังโป๊จะต้องโกหกอย่างโจ่งแจ้งที่สุด แน่นอนว่าพวกเขาดูพวกเขาแค่ [...]
- ประโยคที่ว่า “งานก็คืองาน” หมายความว่าทุกอย่างจบลงแล้ว สิ่งนี้สมเหตุสมผลจริง ๆ ก่อนหน้านี้เมื่อสถานการณ์เตาสูบบุหรี่ […]
- คงไม่มีเว็บไซต์เกี่ยวกับยานยนต์หรือฟอรัมเกี่ยวกับรถยนต์บนเวิลด์ไวด์เว็บที่มีคำถามเกี่ยวกับ […]
- เสียงหัวเราะและน้ำตาหรือการร้องไห้เป็นสองอารมณ์ที่ตรงกันข้ามกัน สิ่งที่ทราบเกี่ยวกับพวกเขาก็คือทั้งคู่มีมา แต่กำเนิดไม่ใช่ [...]