صاعقه چیست؟ رازهای آذرخش آسمان

صاعقه یکی از شگفت‌انگیزترین و در عین حال خطرناک‌ترین پدیده‌های طبیعی است که تاکنون بشر تجربه کرده است. این پدیده که در اثر تخلیه الکتریکی سریع بین ابرها رخ می‌دهد، معمولا با روشن شدن آسمان و یک صدای مهیب همراه است.با این حال پشت این اتفاق یک داستان پیچیده از نیروهای الکتریکی نهفته است که نه‌تنها در طبیعت، بلکه در علم فیزیک هم جایگاه خاصی دارد. اگر می‌خواهید درباره چگونگی شکل‌گیری صاعقه، این پدیده مهیب و در عین حال جذاب، بیشتر بدانید، ادامه مطلب را از دست ندهید.

صاعقه یک پدیده طبیعی است که به‌دلیل تخلیه الکتریکی سریع در جو زمین به وجود می‌آید. این تخلیه انرژی در واقع به‌دلیل عدم تعادل انرژی الکتریکی بین ابرهای طوفانی و سطح زمین یا حتی بین خود ابرها ایجاد می‌شود.

صاعقه یکی از عجیب‌ترین پدیده‌های زمین است که به‌صورت تخلیه‌ الکتریکی در جو اتفاق می‌افتد. اگر بخواهیم کمی بیشتر درباره این پدیده خاص صحبت کنیم، باید به ویژگی‌های آن اشاره کنیم که عبارت‌اند از:

• تخلیه‌ الکتریکی در جو: صاعقه در اثر تجمع بارهای الکتریکی در ابرهای طوفانی شکل می‌گیرد و هنگامی که این اختلاف پتانسیل به آستانه‌ تخلیه برسد، جریان الکتریکی زیادی در جو شکل می‌گیرد.
• انتقال انرژی عظیم: این پدیده باعث تولید طیف گسترده‌ای از امواج الکترومغناطیسی می‌شود؛ از گرما و نور مرئی گرفته تا امواج رادیویی و اشعه‌ ایکس.
• دمای بسیار بالا: در لحظه‌ تخلیه، دمای کانال پلاسما به حدود ۲۵,۰۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد که چندین برابر دمای سطح خورشید است. این گرما باعث یونیزه شدن هوا و تولید نور می‌شود.
• اختلال در سیستم‌های الکتریکی: صاعقه یکی از مهم‌ترین عوامل ایجاد نوسان و خرابی در شبکه‌های انتقال برق و تجهیزات الکتریکی است. به همین دلیل در صنعت برق، طراحی سیستم‌ها به‌گونه‌ای انجام می‌شود که تاثیرات ناشی از صاعقه به حداقل برسد.

صاعقه به‌شکل‌های مختلفی رخ می‌دهدکه هرکدام ویژگی‌های خاصی دارند و در شرایط به خصوصی رخ می‌دهند. صاعقه‌ ابر به زمین، رایج‌ترین نوع است که در هر ثانیه حدود ۱۰۰ بار به سطح زمین برخورد می‌کند. در ادامه به‌طور کامل درباره انواع صاعقه توضیح خواهیم داد:

صاعقه‌ ابر به زمین بارها اتفاق می‌افتد؛ با این حال، نمی‌توان قدرت شگفت‌انگیز آن را نادیده گرفت. هر صاعقه‌ ابر به زمین می‌تواند تا یک میلیارد ولت بار الکتریکی داشته باشد. این نوع صاعقه زمانی شکل می‌گیرد که مجموعه‌ای از بارهای منفی از قسمت پایینی یک ابر طوفانی با سرعتی نزدیک به ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ساعت به‌سمت زمین حرکت کند. زمانی که این جریان الکتریکی به فاصله تقریبا ۴۶ متری یک جسم دارای بار مثبت، مانند ساختمان، درخت یا حتی یک انسان برسد، جریانی از بار مثبت که استریمر (streamer) نام دارد، از زمین به‌سمت بالا حرکت می‌کند. زمانی که این دو جریان به هم برسند، یک تخلیه‌ الکتریکی شدید رخ می‌دهد و بارهای منفی با سرعتی فوق‌العاده بالا به زمین منتقل می‌شوند. این انتقال انرژی، همان نوری است که ما هنگام صاعقه‌ در آسمان می‌بینیم.

برخی از صاعقه‌ها هرگز به زمین نمی‌رسند و فقط در میان ابرها رخ می‌دهند. این نوع صاعقه‌ بین قسمت‌هایی که بارهای الکتریکی متفاوت دارند (در یک ابر یا بین دو ابر)، حرکت می‌کند و باعث روشن شدن آسمان می‌شود.

علاوه بر صاعقه‌های قبلی، صاعقه‌های دیگری هم وجود دارند که در شرایط خاصی اتفاق می‌افتند:

• صاعقه‌ ناشی از آتش‌سوزی و فوران‌ آتش‌فشان: وقتی یک آتش‌سوزی وسیع در جنگل رخ می‌دهد یا یک آتش‌فشان فوران می‌کند، حجم زیادی از دود، خاکستر و ذرات ریز به هوا پرتاب می‌شوند. این ذرات در جو به‌شدت با یکدیگر برخورد می‌کنند و باعث ایجاد بارهای الکتریکی می‌شوند.
• صاعقه‌ ناشی از طوفان‌های برفی: گاهی اوقات هنگام بارش برف، حرکت سریع ذرات یخ و برف در ابرهای سرد باعث ایجاد بارهای الکتریکی می‌شود. وقتی اختلاف پتانسیل بین این بارها زیاد شود، صاعقه شکل می‌گیرد؛ اما چون هوا بسیار سرد و چگالی آن زیاد است، امواج صوتی ناشی از این نوع صاعقه، ضعیف‌تر از صاعقه‌های معمولی خواهد بود. به همین دلیل، ممکن است نور صاعقه را ببینید؛ اما صدای آن به گوش شما نرسد.
• صاعقه‌ کروی: این نوع یکی از عجیب‌ترین و ناشناخته‌ترین انواع صاعقه است که به‌شکل یک کره‌ نورانی و شناور ظاهر می‌شود. این صاعقه در مسیرهای غیرقابل‌پیش‌بینی حرکت می‌کند و به همین دلیل هنوز دانشمندان نتوانسته‌اند توضیح علم دقیقی برای این پدیده ارائه کنند.

از هر  ۲۰ صاعقه‌ ابر به زمین، یک صاعقه‌ مثبت است. این صاعقه‌های بسیار خطرناک، برخلاف صاعقه‌ معمولی از بالاترین بخش‌های ابرهای طوفانی، یعنی ناحیه‌ دارای بار مثبت، شروع می‌شوند. به همین دلیل، جهت جریان بارها در آن معکوس است. صاعقه‌های مثبت به‌شدت قدرتمندتر از صاعقه‌های معمولی هستند و به همین دلیل ممکن تا ۱۶ کیلومتر دورتر از ابر طوفانی به زمین برخورد کنند.

صاعقه بیشتر بین ابرها رخ می‌دهد. برخورد ذرات باران، یخ یا برف با یکدیگر باعث به هم خوردن تعادل بار الکتریکی بین ابرها و شکل‌گیری صاعقه می‌شود.

در فرایند وقوع صاعقه، بار الکتریکی قسمت پایین ابرها معمولا منفی و بار الکتریکی زمین و هرآنچه روی آن است (مثل درختان و برج‌ها) مثبت می‌شود. این اختلاف بار الکتریکی باعث ایجاد جرقه یا تخلیه الکتریکی می‌شود که ما به اسم صاعقه آن را می‌شناسیم. یکی از ویژگی‌های شگفت‌انگیز صاعقه این است که می‌تواند مسافت‌ طولانی را طی کند و از ابرها به زمین برسد. در واقع، یک کانال پلاسما در جو ایجاد می‌شود که جریان الکتریکی از درون آن عبور می‌کند و به زمین می‌رسد.

شاید جالب باشد بدانید که صاعقه به‌شدت دمای زیادی دارد. این حرارت شدید باعث می‌شود که هوای اطراف جایی که صاعقه شکل گرفته است، به‌سرعت منبسط‌ شود و به لرزش درآید. این لرزش، صدایی تولید می‌کند که در واقع همان رعد است. این صدا معمولا چند ثانیه بعد از دیدن صاعقه به گوش ما می‌رسد. اختلاف زمانی رعد و صاعقه دو دلیل دارد؛ یک، توالی اتفاقاتی که در حین وقوع صاعقه رخ می‌دهد و دو، سرعت نور به‌مراتب بیشتر از سرعت صوت است.

صاعقه و رعد دو پدیده‌ طبیعی هستند که معمولا در قالب یک فرایند رخ می‌دهند و همراه یکدیگر دیده و شنیده می‌شوند؛ بااین‌حال، این دو پدیده تفاوت‌های مهمی با یکدیگر دارند.

صاعقه یک تخلیه‌ الکتریکی قابل‌مشاهده است که بین ابرها یا بین یک ابر و زمین رخ می‌دهد. این پدیده به‌شکل نوری درخشان در آسمان ظاهر می‌شود و در کسری از ثانیه، آسمان را روشن می‌کند. در مقابل، رعد صدایی است که پس از وقوع صاعقه شنیده می‌شود. این صدا به‌دلیل انبساط و انقباض سریع هوای اطراف مسیر حرکت صاعقه به وجود می‌آید. وقتی صاعقه رخ می‌دهد، هوای اطراف آن تا دمای بسیار زیادی (حتی پنج برابر داغ‌تر از سطح خورشید) بالا می‌رود. این گرما باعث انبساط ناگهانی هوا و تولید یک موج صوتی قدرتمند می‌شود.

به‌طور خلاصه می‌توان این‌گونه گفت که صاعقه یک پدیده‌ بصری و رعد یک پدیده‌ صوتی است که پس از صاعقه شنیده می‌شود.

صاعقه به‌دلیل اینکه قدرت زیادی دارد، ممکن است آسیب‌های جانی و مالی زیادی به‌همراه داشته باشد. این پدیده نه‌تنها در فضای باز، بلکه در محیط‌های بسته هم ممکن است خطراتی داشته باشد. از مهم‌ترین خطرات صاعقه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

صاعقه هرساله جان افراد زیادی را می‌گیرد و تعداد زیادی را نیز دچار آسیب‌های جدی می‌کند. به‌طور مثال ثلا در ایالات‌متحده، سالانه بین ۲۰ تا ۳۰ نفر بر اثر برخورد صاعقه جان خود را از دست می‌دهند و صدها نفر دیگر دچار جراحت‌های شدید می‌شوند. این جراحت‌ها شامل سوختگی، آسیب‌های عصبی و مشکلات قلبی می‌شوند.

برخلاف تصور عموم، صاعقه این قابلیت را دارد که حتی به داخل ساختمان‌ها نیز نفوذ کند. این اتفاق معمولا از طریق لوله‌کشی‌های فلزی و سیم‌کشی‌های سیستم برق رخ می‌دهد؛ بنابراین بهتر است هنگام رعدوبرق از تماس با آب و استفاده از وسایل برقی خودداری کنید تا خطر برق‌گرفتگی به حداقل برسد.

افرادی که در محیط‌های باز کار می‌کنند، مانند کشاورزان، کارگران ساختمانی و کارکنان خطوط انتقال برق، بیش از افراد دیگر در معرض خطر برخورد صاعقه قرار دارند؛ بنابراین این افراد باید آموزش‌های لازم را برای محافظت از خود دیده باشند.

صاعقه به حالت‌های مختلفی ممکن است با انسان برخورد کند که البته هر حالت به‌نوعی باعث آسیب‌های جانی می‌شود. تاکنون پنج حالت برخورد صاعقه با انسان شناسایی‌شده که عبارت‌اند از:

برخورد مستقیم در فضاهای باز اتفاق می‌افتد. در این حالت فرد به‌طور مستقیم در مسیر تخلیه الکتریکی صاعقه قرار می‌گیرد و در نتیجه بخشی از جریان الکتریکی از بدن او عبور می‌کند. این برخورد یکی از کشنده‌ترین انواع برخورد صاعقه محسوب می‌شود. در این حالت، بخشی از جریان روی سطح پوست حرکت می‌کند؛ اما این جریان وقتی خطرناک‌تر خواهد شد که وارد بدن شود و از سیستم عصبی یا قلب عبور ‌کند.

برخورد جانبی زمانی رخ می‌دهد که صاعقه به یک جسم بلند (مانند درخت یا تیر چراغ برق) برخورد کند و بخشی از جریان آن به فردی که در نزدیکی آن پناه گرفته است، منتقل شود. این نوع برخورد اغلب در شرایطی رخ می‌دهد که فرد برای در امان ماندن از باران، برف یا تگرگ در زیر درخت پناه گرفته باشد.

وقتی صاعقه به یک جسم مانند درخت یا ساختمان برخورد می‌کند، انرژی زیادی از طریق زمین پخش می‌شود که به آن جریان زمینی گفته می‌شود. هر فردی که در نزدیکی محل برخورد صاعقه باشد، تحت‌تاثیر این جریان قرار می‌گیرد. جریان زمینی اولین عامل مرگ‌ومیر ناشی از برخورد صاعقه به‌حساب می‌آید. هرچه فاصله بین نقطه ورود جریان به بدن و نقطه خروج جریان از آن بیشتر باشد، خطر آسیب‌دیدگی شدیدتر خواهد بود.

فلز صاعقه را جذب نمی‌کند؛ اما چون یک رسانای قوی است، جریان الکتریکی را به‌خوبی از خود عبور می‌دهد. بسیاری از صدمات ناشی از صاعقه، چه در محیط‌های بسته و چه در فضای باز، به همین دلیل رخ می‌دهند. ازاین‌رو توصیه می‌شود هنگام رعدوبرق از تماس با سیم‌های برق، لوله‌های فلزی آب، دوش حمام، تلفن‌های سیمی، پنجره‌ها و درهای فلزی خودداری کنید.

جریان القایی بسیار کمتر رخ می‌دهد؛ اما همچنان حادثه‌آفرین است. جریان القایی زمانی ایجاد می‌شود که کانال صاعقه در حال نزدیک شدن به زمین باشد. معمولا فقط یکی از این جریان‌ها به صاعقه متصل می‌شود و باعث تخلیه الکتریکی خواهد شد. با این حال گاهی چند جریان هم‌زمان تخلیه می‌شوند. اگر فردی در مسیر یکی از این جریان‌ها قرار داشته باشد، ممکن است دچار برق‌گرفتگی یا آسیب‌های دیگر شود، حتی اگر صاعقه مستقیم با او برخورد نکرده باشد.

صاعقه‌گیر دستگاهی است که از آن برای محافظت از ساختمان‌ها و سازه‌ها در برابر آسیب‌های ناشی از صاعقه استفاده می‌شود. این دستگاه به‌طور معمول یک میله فلزی (معمولا مسی) دارد که در بالاترین نقطه ساختمان نصب می‌شود. این میله صاعقه را جذب و جریان الکتریکی آن را به زمین هدایت می‌کند.

در واقع اتفاقی که می‌افتد این است که جریان الکتریکی به‌جای اینکه به اجزای غیر رسانا مانند سقف یا دیوارها برخورد کند و موجب آتش‌سوزی یا آسیب‌های دیگر شود، از طریق میله و کابل‌های متصل به آن به زمین هدایت می‌شود. در این حالت مسیر جریان الکتریکی با کمترین مقاومت روبه‌رو می‌شود و در نتیجه آسیب‌های ناشی از حرارت بالا و تخلیه الکتریکی به حداقل می‌رسد.

آیا تابه‌حال از نزدیک شاهد صاعقه بوده‌اید؟ از دلیل شکل‌گیری صاعقه و خطرات آن اطلاعی داشتید؟ لطفا دیدگاه‌ها و تجربه‌های دیداری خود را از صاعقه با ما و دیگر کاربران کجارو به اشتراک بگذارید.