Skip to content
Từ thuở sơ khai, hình ảnh một tia chớp xé toạc bầu trời đêm, theo sau là tiếng sấm rền vang trời đất luôn là một trong những cảnh tượng vừa hùng vĩ, vừa đáng sợ nhất của tự nhiên. Nó khơi dậy trong lòng người sự tò mò, kính nể và cả nỗi sợ hãi nguyên thủy. Tia sét, hay sấm sét, không chỉ là nguồn cảm hứng cho vô số thần thoại và truyền thuyết mà còn là một đối tượng nghiên cứu khoa học đầy thách thức.
Vậy, tia sét là gì? Nó được sinh ra từ đâu? Sức mạnh khủng khiếp của nó đến mức nào? Và làm thế nào để chúng ta an toàn trước “lưỡi hái của bầu trời”? Hãy cùng chúng tôi bắt đầu hành trình giải mã toàn bộ bí ẩn về một trong những hiện tượng thiên nhiên ngoạn mục và đầy uy lực nhất hành tinh.
Bản chất của tia sét: Không phải lửa, mà là dòng Plasma phát sáng
Để hiểu đúng về tia sét, trước hết chúng ta cần loại bỏ một lầm tưởng phổ biến: tia sét không phải là một ngọn lửa từ trên trời.
Định nghĩa khoa học về tia sét
Theo định nghĩa khoa học, tia sét (hay sấm sét, tia chớp, lôi điện) là hiện tượng phóng điện trong khí quyển với cường độ cực lớn, xảy ra giữa các đám mây mang điện tích khác dấu, hoặc giữa một đám mây và mặt đất. Về bản chất, nó là một dòng plasma siêu nóng phát sáng, được tạo ra bởi sự di chuyển cực nhanh của các hạt mang điện (electron và ion).
Trạng thái plasma này chính là lý do tia sét phát ra ánh sáng chói lòa mà chúng ta có thể nhìn thấy.
Tại sao chúng ta thấy sét trước khi nghe sấm? Một cuộc đua tốc độ
Đây là một trong những câu hỏi phổ biến nhất về hiện tượng sấm sét. Câu trả lời nằm ở sự chênh lệch khổng lồ về tốc độ truyền của ánh sáng và âm thanh:
- Ánh sáng (tia sét): Di chuyển với tốc độ không tưởng, khoảng 299.792 km/giây. Ánh sáng từ tia sét đến mắt chúng ta gần như tức thời.
- Âm thanh (tiếng sấm): Chỉ di chuyển với tốc độ khiêm tốn hơn nhiều, khoảng 343 mét/giây trong không khí.
Hãy tưởng tượng bạn đang xem một cuộc đua, bạn sẽ thấy vận động viên vượt qua vạch đích trước khi nghe thấy tiếng hò reo của đám đông ở xa. Tương tự, mắt chúng ta ghi nhận tia sét gần như ngay lập tức, nhưng phải mất vài giây hoặc hơn để sóng âm thanh từ tiếng nổ đó (tiếng sấm) đến được tai chúng ta.
Tia sét không chỉ có trong cơn dông
Mặc dù 99% các tia sét gắn liền với những cơn dông, hiện tượng này đôi khi còn xuất hiện trong những bối cảnh đầy kịch tính khác như:
- Phun trào núi lửa: Ma sát giữa các hạt tro bụi và đá trong cột khói núi lửa tạo ra một lượng tĩnh điện khổng lồ, gây ra những tia sét núi lửa ngoạn mục.
- Bão bụi, bão cát: Tương tự, sự cọ xát của hàng tỷ hạt cát trong một trận bão lớn cũng có thể sinh ra điện tích và tạo ra sét.
- Vòi rồng, bão tuyết: Các điều kiện khí quyển hỗn loạn cực độ trong những hiện tượng này cũng có khả năng tạo ra sự phóng điện.
Những con số không tưởng: Khám phá sức mạnh hủy diệt của tia sét
Để hình dung được năng lượng kinh hoàng chứa trong một tia sét, hãy cùng điểm qua những con số biết nói khiến bất kỳ ai cũng phải kinh ngạc.
Tốc độ kinh hoàng: Nhanh hơn một cái chớp mắt
Khi một tia sét hình thành và phóng xuống đất, nó không di chuyển với một tốc độ duy nhất. Giai đoạn đầu tiên, gọi là “tia dẫn đường”, di chuyển với tốc độ khoảng 36.000 km/h. Nhưng tia sét chính mà chúng ta nhìn thấy, gọi là “tia phản hồi”, di chuyển ngược từ mặt đất lên mây với tốc độ lên tới gần 100.000 km/giây (khoảng 1/3 tốc độ ánh sáng). Ở tốc độ này, nó có thể di chuyển từ Mặt Đất lên Mặt Trăng chỉ trong hơn 1 giây.
Nhiệt độ địa ngục: Nóng hơn bề mặt Mặt Trời 5 lần
Đây có lẽ là con số gây sốc nhất. Kênh plasma của một tia sét có thể đạt tới nhiệt độ trên 30.000 Kelvin (khoảng 29.726 °C). Để so sánh:
- Bề mặt Mặt Trời: ~5.500 °C
- Nhiệt độ để biến cát thành thủy tinh: ~1.500 °C
Nhiệt độ cực cao này làm cho không khí xung quanh giãn nở đột ngột với tốc độ siêu thanh, tạo ra một sóng xung kích chính là tiếng sấm mà chúng ta nghe thấy.
Fulgurite – “Hóa thạch của tia sét” được tạo ra từ cát
Khi một tia sét với nhiệt độ kinh hoàng đánh vào bãi cát hoặc đất chứa silica, nó sẽ làm tan chảy các hạt cát dọc theo đường đi của nó. Khi cát nguội đi nhanh chóng, nó đông cứng lại thành một ống thủy tinh tự nhiên, rỗng ruột gọi là fulgurite. Những “hòn đá tia sét” này là bằng chứng vật chất cho thấy sức mạnh khủng khiếp của tự nhiên và là một món đồ sưu tầm quý giá đối với các nhà địa chất.
Hành trình của một tia sét: Từ hạt băng đến luồng điện khổng lồ
Quá trình hình thành một tia sét là một vũ điệu phức tạp của vật lý và hóa học diễn ra bên trong những đám mây khổng lồ.
Bước 1: “Nhà máy” sản xuất sét – Mây vũ tích (Cumulonimbus)
Không phải đám mây nào cũng có thể tạo ra sét. “Nhà máy” chuyên sản xuất sét là mây vũ tích, hay còn gọi là mây dông. Đây là những gã khổng lồ của thế giới mây, với chân mây có thể cách mặt đất 1-2 km nhưng đỉnh mây có thể vươn cao tới 15 km, chạm đến tầng bình lưu. Bên trong những đám mây này là một môi trường cực kỳ hỗn loạn với các luồng không khí mạnh mẽ liên tục di chuyển lên và xuống.
Bước 2: Sự phân chia điện tích – Ma sát tạo ra năng lượng
Bên trong mây dông, các luồng khí mạnh đẩy các giọt nước nhỏ lên cao. Càng lên cao, nhiệt độ càng giảm, các giọt nước này đóng băng thành các tinh thể băng nhỏ. Đồng thời, các hạt băng lớn hơn (graupel) và nặng hơn có xu hướng rơi xuống.
Trong quá trình di chuyển ngược chiều này, các tinh thể băng nhẹ và các hạt băng nặng va chạm, cọ xát vào nhau. Quá trình ma sát này làm các electron bị đánh bật ra. Kết quả là:
- Các tinh thể băng nhẹ: Mất electron, tích điện tích dương (+) và tiếp tục bị đẩy lên đỉnh mây.
- Các hạt băng nặng: Nhận thêm electron, tích điện tích âm (-) và rơi xuống phần dưới của đám mây.
Sự phân chia này biến đám mây dông thành một cục pin khổng lồ, với cực dương ở trên đỉnh và cực âm ở dưới đáy.
Bước 3: Leader đi xuống – Tia sét “dò đường”
Khi sự chênh lệch điện thế giữa phần đáy âm của đám mây và mặt đất (tích điện dương) trở nên đủ lớn, không khí (vốn là chất cách điện) bắt đầu bị “đánh thủng”. Một luồng điện tích âm mờ nhạt, gọi là tia dẫn đường bước (stepped leader), bắt đầu di chuyển zig-zag từ đám mây xuống đất, tìm kiếm con đường có điện trở thấp nhất. Nó di chuyển theo từng bước khoảng 50 mét, và gần như vô hình đối với mắt thường.
Bước 4: Streamer đi lên – Mặt đất “đáp lại”
Khi tia dẫn đường âm tiến gần mặt đất, điện trường cực mạnh của nó sẽ cảm ứng lên các vật thể trên mặt đất, đặc biệt là các vật cao như cây cối, tòa nhà, cột điện… Điều này khiến các vật thể này phóng ra những luồng tia dẫn đường dương (streamer) hướng lên trên để “đón” luồng điện tích âm từ trên trời.
Bước 5: Sự kết nối và Tia sét chính (Return Stroke)
Khoảnh khắc tia dẫn đường âm và tia dẫn đường dương gặp nhau, một kênh dẫn điện hoàn chỉnh được thiết lập giữa đám mây và mặt đất. Ngay lập tức, một dòng điện tích dương khổng lồ từ mặt đất lao ngược lên đám mây thông qua kênh dẫn này với tốc độ kinh hoàng. Dòng điện cực mạnh này chính là tia sét phản hồi (return stroke) – tia chớp sáng chói lòa mà chúng ta nhìn thấy.
Toàn bộ quá trình này diễn ra trong chưa đầy một giây.
Góc nhìn mới từ khoa học: Tia vũ trụ có phải là “công tắc” bật sét?
Gần đây, các nhà khoa học Hà Lan đã có những khám phá đột phá về cơ chế khởi phát của sét. Nghiên cứu của họ cho thấy, trong điều kiện điện trường mạnh, các hạt băng đá lớn có thể phát triển thành hình dạng thon dài. Các đầu nhọn của những “ống băng” này tập trung điện trường, tạo ra các “ống dẫn” plasma nhỏ, gọi là streamer.
Một giả thuyết thú vị hơn nữa là vai trò của tia vũ trụ. Đây là những hạt năng lượng cực cao đến từ không gian (từ các ngôi sao nổ, lỗ đen…). Khi một tia vũ trụ đâm vào khí quyển, nó tạo ra một “cơn mưa” các hạt electron tự do. Nếu điện trường trong đám mây đã đủ lớn, chỉ cần một “cơn mưa” hạt từ tia vũ trụ đơn lẻ cũng có thể đóng vai trò như một “công tắc”, cung cấp lượng hạt dẫn ban đầu để khởi động toàn bộ quá trình sét đánh.
Thế giới đa dạng của Sét: Không phải tia sét nào cũng giống nhau
Không phải tất cả các tia sét đều là những vệt sáng từ trên trời đánh xuống. Thế giới của sét vô cùng đa dạng:
- Sét từ mây xuống đất (Cloud-to-Ground – CG): Là loại sét nguy hiểm nhất đối với con người và các công trình trên mặt đất.
- Sét giữa các đám mây (Cloud-to-Cloud – CC): Đây là loại phổ biến nhất, chiếm phần lớn các tia sét. Chúng tạo ra những màn trình diễn ánh sáng ngoạn mục trên bầu trời khi điện tích được trao đổi giữa các đám mây khác nhau hoặc trong cùng một đám mây.
- Sét dương (Positive Lightning): Một loại sét từ mây xuống đất đặc biệt nguy hiểm. Nó bắt nguồn từ đỉnh mây tích điện dương, mang dòng điện mạnh hơn gấp 10 lần và kéo dài hơn sét âm thông thường.
- Sét dị hình, sét hòn, sét thượng tầng khí quyển (Sprites): Là những dạng sét hiếm gặp và bí ẩn, vẫn đang là đối tượng nghiên cứu của các nhà khoa học.
Sét trên Trái Đất: Những sự thật thú vị
- Tần suất: Trung bình, có khoảng 100 tia sét xuất hiện mỗi giây trên khắp hành tinh của chúng ta.
- Tổng số: Ước tính có khoảng 1,4 tỷ cú sét mỗi năm trên toàn cầu.
- Phân bố: Khoảng 70% các tia sét xảy ra ở các vùng nhiệt đới, nơi có điều kiện khí quyển nóng ẩm, lý tưởng cho việc hình thành các cơn dông.
An toàn là trên hết: Kỹ năng sinh tồn khi đối mặt với sấm sét
Sét là một hiện tượng thiên nhiên đẹp nhưng cũng cực kỳ nguy hiểm. Trang bị kiến thức an toàn là điều tối quan trọng. Xác suất bị sét đánh trong cả cuộc đời của một người được ước tính là 1/3.000, một con số không hề nhỏ.
Quy tắc 30-30 – “Đo” khoảng cách an toàn
Đây là một quy tắc đơn giản và hiệu quả:
- Đếm đến 30: Sau khi bạn nhìn thấy một tia sét, hãy bắt đầu đếm. Nếu bạn nghe thấy tiếng sấm trước khi đếm đến 30, cơn bão đang ở đủ gần để gây nguy hiểm. Hãy tìm nơi trú ẩn ngay lập tức.
- Chờ 30 phút: Sau khi nghe thấy tiếng sấm cuối cùng, hãy đợi ít nhất 30 phút trước khi quay lại các hoạt động ngoài trời. Sét vẫn có thể đánh từ một cơn bão đã đi xa.
Kỹ năng an toàn khi ở ngoài trời
- Nơi trú ẩn tốt nhất: Một tòa nhà kiên cố hoặc một chiếc ô tô có mui kim loại cứng.
- Cần tránh xa:
- Những khu vực rộng, trống trải như cánh đồng, sân golf.
- Những vật thể cao và đơn độc như cây cối, cột điện.
- Nước (hồ, ao, sông, biển).
- Các vật thể kim loại như hàng rào, đường ray, khán đài.
- Nếu không có nơi trú ẩn: Tuyệt đối không nằm thẳng xuống đất. Hãy tìm một chỗ trũng, ngồi xổm xuống, chụm hai chân lại, bịt tai và gục đầu vào giữa hai đầu gối. Cố gắng để cơ thể tiếp xúc với mặt đất càng ít càng tốt.
Kỹ năng an toàn khi ở trong nhà
- Tránh sử dụng các thiết bị điện tử: Rút phích cắm TV, máy tính…
- Không sử dụng điện thoại có dây.
- Tránh xa các đường ống nước: Không tắm, rửa bát hay giặt giũ. Sét có thể truyền qua hệ thống ống nước bằng kim loại.
- Tránh xa cửa sổ, cửa ra vào và các bức tường bê tông (có thể chứa cốt thép).
Câu hỏi thường gặp (FAQ)
1. Sét có bao giờ đánh hai lần vào cùng một chỗ không? Có, và rất thường xuyên. Các tòa nhà cao tầng như Empire State ở New York bị sét đánh hàng chục lần mỗi năm. Sét có xu hướng đánh vào con đường có điện trở thấp nhất, và một tòa nhà cao tầng luôn là một mục tiêu lý tưởng.
2. Lốp xe cao su có bảo vệ tôi khỏi sét đánh trong ô tô không? Không. Đây là một lầm tưởng phổ biến. Lý do bạn an toàn trong ô tô là vì bộ khung kim loại của xe hoạt động như một “lồng Faraday”, dẫn dòng điện đi xung quanh bạn và xuống đất, thay vì đi xuyên qua bạn.
3. Sét thực sự có màu gì? Màu sắc của tia sét phụ thuộc vào các điều kiện trong khí quyển như độ ẩm, nhiệt độ và các hạt trong không khí. Phổ biến nhất là màu trắng, nhưng nó cũng có thể xuất hiện với các màu xanh, vàng, tím hoặc thậm chí là hồng.
Kết luận
Tia sét là một minh chứng hùng hồn cho sức mạnh vĩ đại của tự nhiên. Từ những hạt băng nhỏ bé trong các đám mây, một chuỗi các phản ứng vật lý phức tạp đã tạo ra một hiện tượng có tốc độ, nhiệt độ và năng lượng vượt xa trí tưởng tượng. Hiểu về tia sét không chỉ giúp chúng ta thỏa mãn trí tò mò khoa học mà quan trọng hơn, nó trang bị cho chúng ta kiến thức để tôn trọng và bảo vệ bản thân trước một trong những thế lực mạnh mẽ nhất của hành tinh.
