مارک تواین، نویسنده معروف، میگوید: «رعد و برقها فوقالعادهاند، اما این آذرخش است که کار اصلی را انجام میدهد.» هر کسی که طوفان رعد و برق را دیده باشد، منظور او را به خوبی درک میکند. آذرخش یکی از پدیدههای شگفتانگیز طبیعت است که آسمان را با شعلههای ترسناکش روشن میکند.
بر اساس اطلاعات سازمان هواشناسی بریتانیا، سالانه تا ۱.۴ میلیارد بار صاعقه به زمین برخورد میکند، یعنی حدود ۴۴ بار در هر ثانیه. این پدیده فراتر از یک نمایش نوری ساده است؛ آذرخش نقشی حیاتی در حفظ تعادل الکتریکی زمین ایفا میکند، به تثبیت نیتروژن در خاک و در نتیجه رشد گیاهان کمک میکند و حتی ممکن است به پاکسازی آلودگیها از جو زمین نیز یاری رساند.
با این حال، برخی از صاعقهها بسیار قدرتمندتر از بقیه هستند. در حالی که بیشتر آذرخشها طولی بین ۳.۲ تا ۴.۸ کیلومتر دارند، گاهی اوقات صاعقههایی غولپیکر با طولی صدها کیلومتر در آسمان ظاهر میشوند. اما یک صاعقه تا چه اندازه میتواند بزرگ شود و آیا باید از این صاعقههای عظیم نگران باشیم؟
آذرخش چگونه به وجود میآید؟
آذرخش در ابرهای طوفانی، زمانی به وجود میآید که بار مثبت و منفی قوی در دو منطقه متفاوت از ابر شکل میگیرد و نیروی الکتریکی شدیدی بین آنها ایجاد میشود. دون مکگورمان، فیزیکدان و محقق ارشد در آزمایشگاه ملی طوفانهای شدید در اوکلاهما، میگوید: «جرقه صاعقه از منطقهای شروع میشود که نیروهای الکتریکی در آن بسیار قوی هستند. این نیروها به قدری قوی میشوند که هوا دیگر نمیتواند در برابر آنها مقاومت کند و در نتیجه میشکند.»
این به معنای آن است که با افزایش نیروی الکتریکی، قدرت عایق بودن هوا که معمولاً مناطق دارای بار متفاوت را از هم جدا نگه میدارد، از بین میرود. محققان معتقدند این پدیده به این دلیل رخ میدهد که تجمع نیروی الکتریکی اضافی، باعث شتابگیری الکترونهای «آزاد» (الکترونهایی که به اتم یا مولکول متصل نیستند) در هوا میشود و به نوبه خود الکترونهای دیگری را از اتمها و مولکولهایشان جدا میکند. این فرآیند ادامه مییابد و هر لحظه به الکترونهای بیشتری شتاب میدهد. مکگورمان میگوید: «دانشمندان این فرآیند را بهمن الکترون مینامند و این همان چیزی است که وقتی میگوییم هوا میشکند، منظورمان است.»
این پدیده در نهایت یک کانال بسیار داغ در هوا ایجاد میکند که مانند یک سیم عمل میکند و انتهای آن به سمت بارهای مثبت و منفی که باعث شکست شدهاند، رشد میکند. این کانال در نهایت بارهای مثبت و منفی را به هم متصل میکند و وقتی این اتصال برقرار میشود، جریان الکتریکی عظیمی که ما آن را به عنوان صاعقه میشناسیم، ایجاد میشود.
گاهی اوقات، ناحیه پایینتر یک ابر که معمولاً دارای بار مثبت است، به تنهایی شارژ کافی برای متوقف کردن این کانال را ندارد. بنابراین، صاعقه به رشد خود ادامه میدهد و به سمت پایین و زمین کشیده میشود. همزمان که این اتفاق میافتد، جرقهای از زمین به سمت آن کشیده میشود و یک صاعقه با جریانهای الکتریکی عظیم را ایجاد میکند که بخشی از بار طوفان را به زمین منتقل میکند. این کانالهای «ابر به زمین» همان چیزی است که اکثر ما هنگام فکر کردن به صاعقه تصور میکنیم؛ همان جرقههای خیرهکنندهای که به زمین برخورد میکنند.
ابرهای عظیم و صاعقههای رکوردشکن
اما چه عواملی اندازه این صاعقههای عظیم را محدود میکنند؟ محققان دهها سال است که در تلاش برای پاسخ به این پرسش هستند. از نظر عمودی، طول یک صاعقه به ارتفاع یک ابر طوفانی محدود میشود که در بالاترین نقطه خود حدود ۲۰ کیلومتر است. اما در حالت افقی، یک سامانه ابری گسترده فضای بسیار بیشتری برای مانور فراهم میکند.
در سال ۱۹۵۶، مایران لیگدا، هواشناس اهل تگزاس، با استفاده از رادار یک صاعقه به طول بیش از ۱۶۰ کیلومتر را شناسایی کرد که در آن زمان طولانیترین صاعقه ثبت شده بود. از آن زمان به بعد، پیشرفتهای فناوری به محققان اجازه داده است تا صاعقههای بسیار بزرگتری را اندازهگیری کنند.
در سال ۲۰۰۷، محققان یک صاعقه به طول ۳۲۲ کیلومتر را بر فراز اوکلاهما شناسایی کردند. اما تنها یک دهه بعد، این رکورد شکسته شد: در اکتبر ۲۰۱۷، ابرهایی بر فراز ایالتهای میانه غربی آمریکا صاعقهای را آزاد کردند که آسمانهای تگزاس، اوکلاهما و کانزاس را روشن کرد. این صاعقه با طول بیش از ۵۰۰ کیلومتر، آنچنان بیسابقه بود که گروهی از محققان مطالعهای درباره آن منتشر کردند و آن را “مگافلاش” یا “ابرصاعقه” نامیدند.
اما حتی این رکورد نیز شکسته شد. در سال ۲۰۱۸، یک صاعقه بر فراز برزیل ثبت شد که بیش از ۷۰۹ کیلومتر طول داشت. طولی نکشید که در ۲۹ آوریل ۲۰۲۰، آسمانها با یک مگافلاش دیگر به طول ۷۶۸ کیلومتر این رکورد را نیز شکستند که از تگزاس تا میسیسیپی امتداد داشت.
اخیراً، تجزیه و تحلیل ماهوارهای یک طوفان در سال ۲۰۱۷ نشان داد که یک صاعقه دیگر در عرض تنها هفت ثانیه از پنج ایالت آمریکا عبور کرده و رکورد فعلی را با طولی معادل ۸۲۹ کیلومتر به نام خود ثبت کرده است.
در گذشته، صاعقهها با استفاده از سیستمهای زمینی مانند آنتن و رادار مشاهده میشدند، اما بسیاری از این صاعقههای رکوردشکن اکنون با ماهوارهها ثبت میشوند. یکی از این سیستمها، به نام Geostationary Lightning Mapper، از حسگرهایی روی دو ماهواره در حال گردش به دور زمین تشکیل شده که به شناسایی وسعت عظیم صاعقهها کمک میکند.
چگونه این صاعقههای غولآسا به وجود میآیند؟
با وجود این بینشهای بصری هیجانانگیز، محققان هنوز از مکانیسم دقیق این صاعقههای طولانی مطمئن نیستند. اندازه ابر تقریباً یک عامل قطعی است. مکگورمان میگوید، عوامل دیگری مانند «فرآیندهای مقیاس میانی – جریانهای بادی بزرگ که به سامانه ابری امکان میدهند تا برای مدت طولانی به هم متصل بماند» نیز لازم است.
کریستوفر آمرسیک، محقق در دانشگاه منچستر که در زمینه باردار شدن ابرهای طوفانی مطالعه میکند، فرضیه میدهد که اگر یک سامانه ابری در منطقه وسیعی به شدت باردار باشد، مجموعهای از تخلیههای الکتریکی میتوانند مانند یک ردیف دومینو از طریق آن پخش شوند. وی توضیح میدهد: «اگر دومینوها بدون فاصله زیاد چیده شوند، یکی دیگری را به یک سری بزرگ از سقوطها وادار میکند. در غیر این صورت، این فرآیند “شکست میخورد” و تنها یک رویداد صاعقه کوچکتر رخ میدهد.»
این بدان معناست که هرچه ابر مادر بزرگتر باشد، احتمال بیشتری برای ادامه پخش تخلیه الکتریکی وجود دارد. آمرسیک میگوید: «به همین دلیل است که ابرصاعقهها در اصل میتوانند به بزرگی ابر مادر خود باشند، در صورتی که ساختار بار در آن مناسب باشد.»
این موضوع نشان میدهد که به احتمال زیاد، صاعقههای بسیار بزرگتری از آنچه تاکنون دیدهایم وجود دارند. مکگورمان میگوید: «طوفانها میتوانند از آنچه ما اندازهگیری کردهایم بزرگتر باشند.»
آیا جای نگرانی وجود دارد؟
با وجود ظاهر آخرالزمانیشان، ابرصاعقهها لزوماً خطرناکتر از صاعقههای معمولی نیستند. آمرسیک میگوید: «یک صاعقه با وسعت فضایی زیاد لزوماً انرژی بیشتری حمل نمیکند.»
با این حال، از آنجایی که سامانههای ابری که از آنها سرچشمه میگیرند بسیار وسیع هستند، پیشبینی برخورد ابرصاعقهها میتواند دشوار باشد. آمرسیک میگوید: «چنین رویدادهایی اغلب میتوانند منجر به برخورد صاعقه با زمین در مکانهای بسیار دور از فعالیت اصلی رعد و برق در هسته همرفتی شوند. فردی در زمین ممکن است فکر کند طوفان عبور کرده است، اما ناگهان از یکی از این تخلیههای الکتریکی بزرگ که به ظاهر از ناکجاآباد میآید، غافلگیر شود.»
این احتمال نیز وجود دارد که در دنیایی که گرمتر میشود، نوع طوفانهایی که باعث ایجاد ابرصاعقهها میشوند، افزایش یابد. در نتیجه، به طور غیرمستقیم، شرایط برای آنها محتملتر میشود و فرکانس آنها افزایش مییابد.
در حال حاضر، ابرصاعقهها خیلی رایج نیستند. مکگورمان تخمین میزند که آنها تنها حدود ۱ درصد از کل صاعقهها را تشکیل میدهند. با این حال، محققانی مانند او به جستجو ادامه خواهند داد و بدون شک، غولهای بزرگتری را برای شگفتی ما کشف خواهند کرد.