Cơ Chế Hình Thành Tia Sét: Giải Mã Bí Ẩn Hàng Trăm Năm

1. Bí ẩn lớn của khí quyển

Từ thời cổ đại, con người đã nhìn tia sét như một hiện tượng siêu nhiên. Nhưng ngay cả khi bước vào thời đại hiện đại, nguyên nhân chính xác gây ra tia sét vẫn là một trong những ẩn số lớn của khoa học tự nhiên.

Dù biết rằng sét xuất hiện do sự tích điện giữa các tầng mây hoặc giữa mây và mặt đất, nhưng làm thế nào một điện trường có thể “đột phá” không khí – vốn là chất cách điện mạnh – để hình thành tia sét lại chưa từng được giải thích rõ ràng.

2. Bước đột phá: Phát hiện "đầu mồi" tạo sét

Năm 2025, nhóm nghiên cứu tại Đại học Penn State (Mỹ) đã công bố một khám phá mang tính nền tảng.

Tia sét bắt đầu từ một chuỗi phản ứng hạt cực nhanh, được gọi là "runaway breakdown".

* Cơ chế chính:

+ Điện trường mạnh trong mây dông tạo điều kiện lý tưởng.

+ Một tia vũ trụ hoặc hạt năng lượng cao từ không gian va chạm với nguyên tử không khí.

+ Va chạm này tạo ra các electron tự do chuyển động cực nhanh.

+ Các electron này va chạm tiếp và tạo thêm nhiều electron mới, gây ra phản ứng dây chuyền.

+ Kết quả: Một dòng điện ban đầu được hình thành, dẫn tới hiện tượng sét.

* Bằng chứng thực nghiệm:

+ Nhóm dùng máy phát điện cao thế kết hợp camera tốc độ cao và cảm biến tia X để tái hiện hiện tượng.

+ Kết quả mô phỏng hoàn toàn trùng khớp với sét thật trong tự nhiên.

3. Tia X trong sét: Vũ khí năng lượng cao của tự nhiên

Một phát hiện đáng kinh ngạc: Sét không chỉ là điện – nó còn phát ra tia X và tia gamma.
Đây là dạng phóng xạ điện từ có năng lượng cao, trước đây chỉ thấy trong lò phản ứng hoặc vụ nổ hạt nhân. Sét có thể tạo ra năng lượng tương đương một lò phản ứng cỡ nhỏ – trong một phần triệu giây.

Điều này lý giải vì sao sét có thể xuyên thủng vỏ máy bay, gây tổn thương thiết bị điện tử, và làm chết người dù chỉ “lướt qua”.

4. Ý nghĩa thực tiễn của phát hiện này

* Dự báo thời tiết chính xác hơn

Biết được cơ chế hình thành sét giúp cải thiện các mô hình dự báo dông sét, đưa ra cảnh báo sớm cho hàng không, nông nghiệp và hạ tầng điện.

* Tăng an toàn hàng không

Máy bay có thể được trang bị hệ thống cảm biến sớm phát hiện “đầu mồi sét” – tránh khu vực nguy hiểm khi bay.

* Ứng dụng kỹ thuật cao

Hiểu được dòng plasma tạo sét giúp:

+ Thiết kế hệ thống chống sét hiệu quả hơn

+ Ứng dụng tạo plasma công nghiệp, vệ sinh khí, và xử lý nước

5. Sét: Không chỉ là hiện tượng khí tượng

Kết hợp với dữ liệu từ trạm không gian ISS, các nhà khoa học phát hiện tia sét có thể ảnh hưởng tới tầng điện ly và vũ trụ gần Trái Đất.

Sét có thể kích hoạt:

+ “Tia sét xanh” (Blue Jet) – phóng thẳng lên tầng bình lưu

+ “Tia sét đỏ” (Red Sprite) – xuất hiện như pháo hoa ở tầng điện ly

+ “EMP tự nhiên” – ảnh hưởng đến truyền dẫn vô tuyến và tín hiệu vệ tinh

Kết luận: Sét từng được gán cho thần Zeus hay thần Thor, nhưng giờ đây, khoa học đã dần nắm được chiếc chìa khóa mở ra bí ẩn hàng trăm năm. Phát hiện về cơ chế "runaway breakdown" không chỉ là chiến thắng của vật lý plasma, mà còn là lời nhắc nhở rằng thiên nhiên vẫn còn rất nhiều hiện tượng đang chờ con người hiểu thấu.

Nguồn: Times of India, Penn State News, Nature Physics, Journal of Geophysical Research.