Ok, vậy bây giờ, chúng ta đã có một đám mây mang điện, với các step leader trải dài từ đám mây xuống mặt đất. Những leader này, có ánh hơi đỏ tía rất mờ nhạt. Một khi được hình thành, các leader sẽ tồn tại đến khi có dòng điện phóng qua chứ không liên quan tới vị trí của leader đó. Các leader có hai khả năng: một là tiếp tục phát triển rộng hơn thành các tầng, tương ứng với mức độ mở rộng của vùng không khí bị ion hoá, hai là giữ nguyên ở trạng thái plasma cho đến khi có dòng điện đi qua.

Và khi leader cuối cùng chạm đến mặt đất, con đường dẫn truyền giữa đám mây và mặt đất được hình thành. Hãy nhớ, leader không phải là tia sét đánh xuống, nó chỉ là con đường giúp tia sét đi. Còn tia sét là một dòng điện cực lớn đánh từ mây xuống mặt đất.

Dải tích điện dương và sự giãn nở của không khí

Khi các step leader tiến gần đến mặt đất, mọi vật trên bề mặt Trái đất bắt đầu đáp ứng lại với điện trường cực mạnh: các vật bắt đầu tích điện dương và hình thành dải mang điện tích dương – positive streamer. Các streamer này cũng có ánh tía nhạt và xuất hiện rõ hơn ở cạnh sắc của các vật. Cơ thể người cũng có khả năng hình thành các streamer mang điện tích dương khi đứng trong điện trường mạnh, ví dụ như điện trường của các đám mây bão. Một khi được hình thành, các streamer này không trực tiếp nối tới khu vực mang điện âm trên các đám mây, mà chính các leader sẽ làm nhiệm vụ dẫn truyền, hình thành con đường đi.

Và cái gì phải đến cũng sẽ đến, step leader sẽ gặp các streamer. Một điều đặc biệt, streamer tiếp xúc với step leader không nhất thiết phải là streamer của vật gần đám mây nhất, ví dụ như cây cao hay cột điện… Sét thường đánh xuống đất, ngay cả khi xung quanh đó có các vật cao hơn nhiều.

Sau khi step leader và streamer tiếp xúc với nhau, con đường dẫn truyền nhờ sự ion hoá không khí được hình thành hoàn chỉnh từ đám mây xuống mặt đất. Một khi con đường hoàn chỉnh, sẽ có một dòng điện cực mạnh di chuyển qua nó để trung hoà sự chênh lệch điện tích giữa mặt đất và đám mây. Ánh sáng mà chúng ta nhìn thấy – tia chớp – là một hiệu ứng của dòng điện đó.

Khi xuất hiện dòng điện, cùng lúc đó là nhiệt độ cực cao xung quanh khu vực dòng điện đi qua. Lượng nhiệt sinh ra cực lớn, với nhiệt độ còn cao hơn nhiệt độ ở bề mặt Mặt trời. Không khí xung quanh bị làm nóng, giãn nở đột ngột, và ta nghe thấy tiếng sấm – thunder.

Sấm là xung sóng toả ra từ đường đi của tia sét, do không khí bị nóng lên và giãn nở đột ngột. Sự giãn nở này, cũng là một hình thức của sóng âm thanh. Tiếng sấm không vô hại: nếu đủ gần, bạn có thể cảm thấy được sóng âm thanh tác động đến cơ thể của mình. Nó cũng giống như việc nổ một quả bom nguyên tử: phần lớn sức mạnh huỷ diệt của vụ nổ là do năng lượng của xung động truyền trong không khí. Thực tế, sóng xung động sinh ra do sét đánh có thể phá huỷ các toà nhà và gây hại cho cơ thể người. Bạn sẽ thấy rõ hơn nếu đứng gần nơi sét đánh, và năng lượng của xung sẽ giảm dần theo khoảng cách. Ngoài ra, như bạn đã biết, âm thanh di chuyển chậm hơn ánh sáng rất nhiều, do vậy bạn sẽ nghe thấy tiếng sấm sau khi nhìn thấy sét vài giây.

Multiple strike

Nếu để ý, bạn sẽ thấy, khi sét đánh, sẽ có rất nhiều nhánh nhỏ hơn toả ra từ tia sét chính. Và tia sét chính, sau khi đánh xuống, sẽ không mất đi ngay, mà sẽ mờ dần.

Khi tia chớp đầu tiên đánh xuống, dòng điện di chuyển để trung hoà sự chênh lệch điện tích. Để trung hoà được toàn bộ, cần thiết phải có cả dòng điện từ các step leader khác cũng phải phóng xuống mặt đất. Electron trong các step leader được tự do di chuyển, đi theo leader để đến nơi tia sét chính đánh xuống. Sau cú đánh đầu tiên, thường sẽ kéo theo các nhát đánh thứ phát. Những cú đánh sau này vẫn đi theo con đường của cú đánh chính, chứ các step leader xung quanh không đóng vai trò gì trong sự phóng điện này.

Trong tự nhiên, những gì chúng ta nhìn thấy chưa chắc đã giống như chúng ta nghĩ. Và những cú đánh thứ phát này cũng vậy. Thông thường, một cú đánh chính sẽ kéo theo khoảng 30 – 40 cú đánh phụ. Dựa vào thời gian trễ vô cùng ngắn giữa các lần sét đánh, chúng ta có thể quan sát được hình ảnh tia sét đầu tiên kéo dài hơn, và mờ dần. Thực ra, đó là do các phát sét đánh thứ phát xảy ra ngay sau khi phát đánh đầu tiên nổ ra, làm chúng ta nhầm tưởng rằng đó là do phát đánh đầu tiên kéo dài. Và tương tự, những phát đánh thứ phát làm chúng giống như phát đánh đầu tiên đang nhấp nháy vậy.

Và, đó là tất cả những cơ chế phức tạp để hình thành một tia sét đánh. Tuy phức tạp như vậy, nhưng tất cả chỉ diễn ra có trong một tích tắc, chưa đến một giây. Những máy ảnh có khả năng chụp ảnh trong thời gian ngắn, có thể bắt được hình ảnh của các streamer tích điện dương. Nếu bạn muốn tự mình chiêm ngưỡng hiện tượng này một cách an toàn, hãy làm một máy phát Van de Graaff, và chạy nó trong một phòng kín. Khi bạn tiến đến gần chiếc máy, ngón tay của bạn cũng sẽ phát ra màu tía nhạt, giống như các step leader hay các streamer tích điện dương.

Cột thu lôi

Cột thu lôi được chế tạo lần đầu tiên bởi Benjamin Franklin. Cấu tạo của một cột thu lôi khá đơn giản: một cái que bằng kim loại được gắn lên trên mái nhà, đường kính khoảng 2cm. Nó được nối với rất nhiều sợi dây làm bằng đồng hoặc nhôm, đường kính tương tự, được nối trực tiếp xuống dưới đất.

Mục đích sử dụng của cột thu lôi thường bị hiểu nhầm. Rất nhiều người nghĩ rằng, cột thu lôi là để “thu hút” sét đánh vào. Thực tế thì, sẽ chính xác hơn nếu nói, cột thu lôi tạo ra một đường dẫn có điện trở thấp đến mặt đất, để giúp dẫn dòng điện cực lớn từ các tia sét đánh xuống sẽ đi thẳng xuống đất một cách an toàn. Các vật liệu làm cột thu lôi và dây dẫn đòi hỏi dẫn điện thật tốt, nếu không, với năng lượng của tia sét, chúng sẽ bị nóng lên rất nhanh và bị hỏng ngay tức khắc.

Sét có thể “nảy xung quanh” khi nó đánh xuống. Việc nó nhảy vào đâu, thì phụ thuộc vào điện trở khu vực đó: điện trở càng nhỏ thì sét có xu hướng đánh vào đó. Khi sét đánh vào gần cột thu lôi, với điện trở rất thấp của cột thu lôi, sét sẽ có xu hướng đánh vào đó và không gây hại gì cho các vật xung quanh. Và như đã nói ở trên, cột thu lôi không “hút” sét, không làm sét đánh nhiều hơn, mà nó chỉ giúp “định hướng” cho tia sét. Dù có hệ thống cột thu lôi hay không, sét vẫn đánh như vậy thôi.

Sét đánh: mối hiểm họa

Hơn 1000 người bị sét đánh mỗi năm ở Mỹ, và hơn 100 người trong số đó bị tử vong. Vậy nên, đừng đùa với sét.

Nếu bạn đang đi ngoài đường mà đột nhiên giông bão nổi lên, sấm chớp ầm ầm, hãy tìm chỗ trú ẩn ngay đi. Đừng có cố đi tiếp – bạn sẽ trở thành một chiếc cột thu lôi di động đấy. Hãy đi vào nhà, hoặc ở yên trong ô tô của bạn. Ồ, tại sao ô tô lại có thể giúp bạn tránh sét đánh? Là vì, sét sẽ di chuyển trên bề mặt của ô tô xuống trực tiếp mặt đất; nó giống như chiếc lồng Faraday: chiếc lồng làm bằng kim loại sẽ bảo vệ các vật ở bên trong nó khỏi dòng điện bên ngoài, do dòng điện sẽ chạy trên bề mặt của lồng và dẫn xuống đất. Đừng bao giờ đứng dưới gốc cây trong thời tiết giông bão: cây cũng là một thứ hút sét giống như cột thu lôi vậy. Để hai chân thật sát nhau, cúi xuống hết cỡ và tiếp xúc với mặt đất ít nhất có thể.

Không bao giờ được nằm xuống đất – khi sét đánh xuống đất, dòng điện từ đó sẽ toả ra mọi hướng, và nếu nó đi qua người bạn thì sẽ rất nguy hiểm. Bạn có thể ngừng tim ngay tức khắc. Vậy nên, nếu vẫn muốn đi ra ngoài vào lúc trời mưa bão, hãy đi càng thấp càng tốt, và tiếp xúc với mặt đất càng ít càng tốt.

Nếu bạn ở trong nhà và muốn gọi cho ai đó, hãy dùng điện thoại di động, hoặc bất kì loại điện thoại không dây nào. Nếu sét đánh trúng đường dây điện thoại, dòng điện sẽ đi theo đường dây và gây nguy hiểm cho người sử dụng điện thoại có dây.

Và cuối cùng, hãy cẩn thận với đường ống dẫn nước nhà bạn, nhất là khi nhà bạn sử dụng đường ống bằng kim loại. Ống nhựa PVC (polyvinyl chloride) thường dùng hiện nay sẽ làm giảm khả năng dẫn điện của sét. Nhưng nếu không chắc nhà bạn dùng loại ống nào, hãy kiên nhẫn đợi khi cơn bão đi qua.