رعد و برق ها اشکال متمایز زیگزاگ دارند و فیزیکدانان مدت هاست که دلیل آن را تعجب می کردند. اکنون، جان لوک و اندره سیلی در دانشگاه استرالیای جنوبی محاسباتی را انجام داده اند که می تواند این رفتار را توضیح دهد.
این دو مدلی را ایجاد کردند که انتشار غیرمعمول «رهبران رعد و برق» - کانال‌های هوای یونیزه - را توصیف می‌کند که ابرهای رعد و برق را به زمین متصل می‌کنند. آنها پیشنهاد می‌کنند که مراحل زیگزاگ با اتم‌های اکسیژن بسیار برانگیخته و ناپایدار مرتبط است - که جریان الکتریکی را در هوا آسان‌تر می‌کند.
به نظر می رسد رعد و برق در یک سری مراحل منتشر می شود که شامل رهبران می شود که ده ها متر طول دارند و از ابرهای رعد و برق سرچشمه می گیرند. یک لیدر با جریان جریان حدود 1 میکرو ثانیه روشن می شود و یک پله ایجاد می کند. سپس کانال برای ده‌ها میکروثانیه تاریک می‌شود و به دنبال آن مرحله درخشان بعدی در انتهای رهبر قبلی شکل می‌گیرد - گاهی اوقات با وقوع انشعاب. این فرآیند تکرار می شود تا یک شکل صاعقه-بولت دندانه دار آشنا ایجاد شود. یک جنبه عجیب این فرآیند این است که وقتی یک پله روشن و تاریک شد، با وجود اینکه بخشی از ستون رسانا است، دوباره روشن نمی شود.
این پله به عنوان مسئول الگوهای زیگزاگ متمایز موجود در رگه های رعد و برق شناخته شده است، اما چندین سوال بی پاسخ در مورد فیزیک پشت این پدیده وجود دارد. به طور خاص، ماهیت ستون‌های تاریک و در عین حال رسانا که رهبران را به ابرهای رعد و برق متصل می‌کنند تا حد زیادی یک راز باقی مانده است.
اکسیژن دلتا منفرد
در مطالعه خود، Lowke و Szili محاسبه کردند که رفتار پلکانی می‌تواند به تجمع مولکول‌های اکسیژن بسیار برانگیخته به نام "اکسیژن متاستاب دلتا منفرد" مرتبط باشد. طول عمر تابشی این مولکول‌ها تقریباً یک ساعت است و باعث می‌شوند الکترون‌ها از یون‌های منفی اکسیژن جدا شوند و رسانایی هوای اطراف آنها را افزایش دهند.
فیزیکدانی که صاعقه را رام می کند
این دو نشان می‌دهند که زمان بین مراحل متوالی مربوط به زمان مورد نیاز برای تجمع غلظت‌های کافی از مولکول‌های فراپایدار در نوک‌های رهبر است. این باعث افزایش میدان الکتریکی در نوک می شود و یونیزاسیون بیشتر را در مرحله بعدی ممکن می کند. علاوه بر این، محققان پیشنهاد می‌کنند که غلظت‌های بالای اکسیژن دلتای منفرد باید در مراحل اولیه باقی بماند و به این مراحل اجازه می‌دهد رسانایی الکتریکی خود را حتی بدون میدان الکتریکی پایدار حفظ کنند.
Lowke و Szili امیدوارند که درک بهتر این فرآیند بتواند به تکنیک‌های جدید و قوانین قوی‌تر برای محافظت از ساختمان‌ها در برابر برخورد صاعقه منجر شود. این می تواند آسیب اقتصادی و زیست محیطی ناشی از رعد و برق را به حداقل برساند و در عین حال خطر زندگی و اندام را کاهش دهد.
تحقیق در شرح داده شده است مجله فیزیک د: فیزیک کاربردی.
