چرا رعدوبرق زیگزاگی است و چگونه کیلومترها مسافت را طی می‌کند؟

به گزارش گروه علم و آموزش ایران اکونومیست از وبگاه سایِنس اَلِرت (Science Alert)، همه رعدوبرق را دیده‌اند و از قدرت آن شگفت‌زده شده‌اند. در سراسر جهان، روزانه، حدود ۸.۶ میلیون رعدوبرق رخ می‌دهد؛ اما مراحل وقوع رعدوبرق، که به صورت پله‌هایی از ابر صاعقه‌دار تا زمین کشیده می‌شوند، به صورت یک راز باقی مانده است.

چند کتاب درسی درباره رعدوبرق نوشته شده است؛ اما در هیچ‌کدام از آن‌ها توضیح داده نشده است که چگونه این «زیگزاگ‌ها» (همان پله‌ها) شکل می‌گیرند و چگونه رعدو برق می‌تواند کیلومترها را طی کند.

پژوهش جدید صورت‌گرفته درباره رعدوبرق حاکی از این است که میدان‌های الکتریکی شدید در ابرهای صاعقه‌دار، الکترون‌ها را تحریک می‌کنند تا انرژی کافی برای ایجاد «مولکول‌های اکسیژن دلتای منفرد» داشته باشند. این مولکول‌ها و الکترون‌ها برای ایجاد یک پله کوتاه و بسیار رسانا ساخته می‌شوند که به مدت یک میلیونیم ثانیه به‌شدت روشن می‌شود. در انتهای پله، در جایی که دوباره انباشت اتفاق می‌افتد، یک مکث و به دنبال آن یک جهش درخشان و چشمک‌زن دیگر رخ می‌دهد. این روند بارها و بارها تکرار می‌شود.

افزایش رویدادهای شدید آب‌وهوایی به این معنی است که حفاظت در برابر صاعقه اهمیت روزافزونی یافته است. اگر بدانیم رعدوبرق چگونه آغاز می‌شود، می‌توانیم از ساختمان‌ها، هواپیماها و افراد بهتر محافظت کنیم.

رعدو برق زمانی اتفاق می‌افتد که ابرهای صاعقه‌دار با پتانسیل الکتریکی میلیون‌ها ولت به زمین متصل می‌شوند. جریان هزاران آمپری بین زمین و آسمان با دمای ده‌ها هزار درجه جریان پیدا می‌کند. عکس های رعدوبرق مجموعه‌ای از جزئیات را نشان می‌دهد که با چشم غیرمسلح دیده نمی‌شود. معمولاً چهار یا پنج جریان مغناطیسی ضعیف از ابر به صورت زیگزاگی، در مسیری نامنظم به سمت زمین منشعب می‌شوند.

اولین جریان مغناطیسی که به زمین می‌رسد، رعدوبرق شروع می‌شود. سپس، جریان‌های دیگر خاموش می‌شوند. جریان‌ها از ابر شروع می‌شوند و به صورت «پله‌هایی» به طول حدود ۵۰ متر به سمت پایین می‌آیند. هر پله، به مدت یک میلیونیم ثانیه روشن می‌شود؛ اما پس از آن تقریباً تاریکی کامل وجود دارد. پس از ۵۰ میلیونم ثانیه، یک مرحله تمام می‌شود و مرحله دیگری شکل می‌گیرد؛ اما مراحل قبلی تاریک باقی می‌مانند.

درک چگونگی وقوع رعدوبرق برای حفاظت از ساختمان‌ها، هواپیماها و همچنین انسان‌ها مهم است. به‌ندرت اتفاق می‌افتد که رعدوبرق به مردم برخورد کند؛ اما بسیاری از اوقات، رعدوبرق به ساختمان‌ها اصابت می‌کند؛ مخصوصاً به ساختمان‌های بلند و تک‌افتاده.
هنگامی که رعدوبرق به درختان برخورد می‌کند، شیره داخل آن‌ها می‌جوشد و بخار حاصل، فشار ایجاد می‌کند و تنه را می‌شکافد. به همین ترتیب، هنگامی که رعدوبرق به گوشه ساختمان برخورد می‌کند، آب ناشی از باران که به داخل بتن نفوذ کرده است، می‌جوشد. فشار، تمام گوشه ساختمان را منفجر می‌کند و خطر ریزش‌های مرگبار را ایجاد می‌کند.

بنجامین فرانکلین در سال ۱۷۵۲ میلادی (۱۱۳۰ شمسی) میله برق‌گیر را اختراع کرد که یک توری حصار ضخیم است که به بالای ساختمان متصل می‌شود و آن را به زمین مرتبط می‌کند. این میله برای جذب رعدوبرق و تخلیه بار الکتریکی طراحی شده است. با هدایت جریان از طریق سیم، ساختمان از آسیب مصون می‌ماند.

امروزه، برای ساختمان‌های بلند به میله‌های فرانکلین نیاز است؛ اما مشخص نیست که چه تعداد میله برای هر سازه مورد نیاز است.