Một nhóm nghiên cứu do Đại học Penn State (Mỹ) dẫn đầu vừa công bố lời giải chi tiết cho một trong những câu hỏi lâu đời nhất của khí tượng học: Điều gì thực sự kích hoạt tia sét hình thành trong các đám mây dông?
Trong công trình đăng trên Journal of Geophysical Research ngày 28/7, nhóm của giáo sư Victor Pasko đã đưa ra mô hình định lượng đầu tiên mô tả chính xác cách các điện trường mạnh trong mây giông có thể khởi động phản ứng dây chuyền tạo ra sét.
Cơ chế này bắt đầu khi các electron - vốn được "gieo mầm" bởi tia vũ trụ từ ngoài không gian - được tăng tốc bởi điện trường trong mây.
Khi các electron va chạm với các phân tử khí như nitơ và oxy, chúng tạo ra tia X và các photon năng lượng cao, từ đó kích hoạt các "thác electron" - một phản ứng dây chuyền dẫn tới tia sét.
Ông Pasko cho biết: "Phát hiện của chúng tôi là lời giải đầu tiên có cơ sở vật lý và định lượng rõ ràng cho quá trình khởi phát sét trong tự nhiên. Nó kết nối các hiện tượng tia X, điện trường và sự gia tốc electron."
Để chứng minh mô hình, nhóm nghiên cứu đã kết hợp mô phỏng toán học với dữ liệu thực địa thu được từ máy bay do thám tầm cao của NASA, vệ tinh và các cảm biến mặt đất. Nhờ đó, họ lý giải được các hiện tượng như tia gamma trong khí quyển (terrestrial gamma-ray flashes - TGF), vốn là những đợt phát tia X ngắn ngủi và vô hình xảy ra trong mây dông mà không kèm theo ánh sáng chớp hoặc sóng vô tuyến rõ rệt.
Zaid Pervez, nghiên cứu sinh tiến sỹ trong nhóm, cho biết: "Chúng tôi đã xác định được điều kiện trong mây cần thiết để phản ứng dây chuyền xảy ra và làm rõ tại sao đôi khi lại quan sát được các tín hiệu sóng radio đa dạng trước khi tia sét xuất hiện."
Điểm đặc biệt của mô hình là khả năng mô phỏng các vùng rất nhỏ bên trong mây - nơi phản ứng khởi phát diễn ra. Theo ông Pasko, chính sự tập trung năng lượng trong phạm vi hẹp này, cộng với cường độ biến thiên lớn của các phản ứng, đã khiến một số tia gamma xuất hiện mà mắt thường không thấy và các thiết bị sóng vô tuyến cũng không phát hiện được.
Ngoài Penn State, công trình có sự tham gia của các chuyên gia từ Pháp, Cộng hòa Séc, Đan Mạch và NASA.
Mô hình mang tên "Photoelectric Feedback Discharge" cùng toàn bộ phương trình đã được công bố công khai để cộng đồng khoa học sử dụng và kiểm chứng.
