ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΚΕΡΑΥΝΩΝ

Αστραπή είναι η γρήγορη και μαζική μετακίνηση των ηλεκτρικών φορτίων. Η μεταφορά αυτή μπορεί να συμβεί με τρεις τρόπους: α) μεταξύ δύο διαφορετικών σύννεφων , β) μέσα στο ίδιο το σύννεφο και γ) μεταξύ σύννεφου και εδάφους - ο οποίος ονομάζεται και κεραυνός. Ο κεραυνός είναι μια διαδικασία που εκτελεί η φύση για να απομακρύνει το ηλεκτρικό φορτίο από τα καταιγιδοφόρα σύννεφα, ένας γιγάντιος σπινθήρας δηλαδή!

Μέσα στα καταιγιδοφόρα σύννεφα, συνυπάρχουν πολλά εκατομμύρια σωματίδια πάγου (παγοκρύσταλλοι), που συγκρούονται συνεχώς μεταξύ τους. Κατά τη διάρκεια των συγκρούσεων μεταφέρονται αρνητικά φορτισμένα σωματίδια (ηλεκτρόνια) από το ένα σωματίδιο στο άλλο, με αποτέλεσμα οι παγοκρύσταλλοι να εμφανίζουν θετικό ή αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο (Σχήμα 1 ). Συνήθως, οι παγοκρύσταλλοι που έχουν μεγαλύτερη μάζα αποκτούν αρνητικό φορτίο μετά την σύγκρουση και καταλήγουν στην βάση του νέφους λόγω της επίδρασης της βαρύτητας. Αντίθετα, οι παγοκρύσταλλοι με μικρότερη μάζα αποκτούν συνήθως θετικό φορτίο και οδηγούνται προς την κορυφή του νέφους με την βοήθεια των ανοδικών ρευμάτων. Η αύξηση του αρνητικού φορτίου στη βάση του σύννεφου, απωθεί τα αρνητικά φορτία που βρίσκονται στο έδαφος προς το εσωτερικό του, με αποτέλεσμα η επιφάνεια της γης να αποκτήσει ένα ισχυρό θετικό φορτίο.

Σχήμα 1: Η κατανομή του ηλεκτρικού φορτίου μέσα στο σύννεφο και η περιοχή σύγκρουσης των παγοκρυστάλλων.

Η ύπαρξη αρνητικού φορτίου στην βάση του σύννεφου και θετικού φορτίου στην επιφάνεια της γης δημιουργεί τα κατάλληλα «μονοπάτια» μέσα στα οποία μπορεί τώρα να μετακινηθεί το ηλεκτρικό φορτίο προς το έδαφος. Το «όχημα» μέσω του οποίου μπορεί να μετακινηθεί το ηλεκτρικό φορτίο αναφέρεται συνήθως ως οδηγός. Η διαδρομή που ακολουθεί ο οδηγός είναι έντονα διακλαδισμένη και αποτελείται από πολλά «βήματα». Κατά τη διαδρομή προς το έδαφος, ο οδηγός, κάνει μια παύση (50 μsec) ανάμεσα σε κάθε βήμα (50 m), όπου αναζητά κάποιο αντικείμενο για να χτυπήσει, αν δε βρει, επαναλαμβάνει την ίδια διαδικασία μέχρι να βρει ένα αντικείμενο. Όλη η διαδικασία διαρκεί περίπου 50 χιλιοστά του δευτερολέπτου και αποτελείται από περίπου 10.000 βήματα.

Καθώς ο οδηγός πλησιάζει τη γη (μερικές δεκάδες μέτρα πριν φτάσει στο έδαφος), όλα τα αντικείμενα στην επιφάνεια της γης αρχίζουν να ανταποκρίνονται στην έντονη ελκτική δύναμη, δημιουργώντας ισχυρά ρεύματα που φέρουν θετικό φορτίο με κατεύθυνση προς τα πάνω (Σχήμα 2). Τελικά, ο οδηγός θα διαλέξει ένα από αυτά για να ενωθεί, όχι απαραίτητα το πιο κοντινό ρεύμα στο σύννεφο.

Μετά τη συνάντηση του οδηγού με το ανερχόμενο ρεύμα, το αρνητικό φορτίο κινείται γρήγορα προς την γη. Μόλις τα πρώτα αρνητικά φορτισμένα σωματίδια φτάσουν στη γη, ένα πολύ ισχυρό ηλεκτρικό ρεύμα (της τάξεως των 30.000Α) εμφανίζεται με φορά από το έδαφος προς το σύννεφο, ακολουθώντας την ίδια διαδρομή. Αυτό είναι γνωστό ως ρεύμα επιστροφής και είναι αυτό που βλέπουμε στον ουρανό και το ονομάζουμε κεραυνό.

Σχήμα 2: Στάδια δημιουργίας κεραυνού: (α) Η δημιουργία του κατερχόμενου οδηγού και η έναρξη των θετικών ρευμάτων από τη γη, (β) Η δημιουργία κεραυνού (ρεύμα επιστροφής)

Όλη αυτή η διαδικασία γίνεται τόσο γρήγορα (σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο) που το ανθρώπινο μάτι δεν είναι ικανό να αναγνωρίσει τα επιμέρους στάδια. Έτσι, φαίνεται ότι ο κεραυνός ταξιδεύει από το σύννεφο προς το έδαφος, ενώ στην πραγματικότητα, συμβαίνει το αντίθετο.

ΒΡΟΝΤΗ

Η θερμοκρασία μέσα στο κανάλι του κεραυνού είναι περίπου 6 φορές μεγαλύτερη από τη θερμοκρασία της επιφάνειας του ηλίου (30.000 Κ) με αποτέλεσμα ο αέρας γύρω από τον κεραυνό να θερμαίνεται πολύ έντονα. Γίνεται τόσο θερμός που εκρήγνυται! Η έκρηξη ακολουθείται σύντομα από έναν ήχο που τον ονομάζουμε βροντή. Λόγω της τεράστιας διαφοράς στην ταχύτητα διάδοσης του φωτός και του ήχου, η βροντή ακούγεται μετά την εκδήλωση της ηλεκτρικής εκκένωσης. Εκμεταλλευόμενοι αυτή τη διαφορά στη "μετάδοση εικόνας και ήχου", μπορούμε εύκολα να υπολογίσουμε πόσο μακριά βρίσκεται ο κεραυνός από εμάς. Αν η καθυστέρηση μεταξύ κεραυνού-βροντής είναι 3 δευτερόλεπτα, τότε σημαίνει ότι ο κεραυνός, λαμβάνει χώρα σε απόσταση περίπου 1 χιλιομέτρου μακριά από εμάς.