Giải mã những bí ẩn về hiện tượng sét hòn

Sét mà chúng ta thường thấy là hiện tượng phóng điện gây ra bởi sự mất cân bằng điện tích âm và điện tích dương trong những đám mây giông, hoặc giữa đám mây và mặt đất. Một tia sét có thể làm nóng không khí xung quanh nó lên khoảng 27.760°C, nóng hơn gấp 5 lần so với nhiệt độ bề mặt của Mặt Trời. Nhiệt độ cao làm không khí xung quanh giãn nở đột ngột, tạo ra tiếng sét.

Sét hòn (ball lightning) cũng thường xuất hiện trong những cơn giông, nhưng nó kéo dài lâu hơn đáng kể so với sét thông thường, khoảng vài giây hoặc vài phút. Sét hòn được mô tả là những quả cầu phát sáng, lơ lửng trong không khí, có kích thước từ một quả bóng golf cho đến một quả bóng bãi biển rất lớn (đường kính 1 – 100 cm). Những quả cầu này có nhiều màu sắc khác nhau như trắng, vàng, đỏ, da cam, tím hoặc xanh lục. Đôi khi sự hiện diện của chúng đi kèm với tiếng rít và mùi khét.

Sét hòn thường di chuyển song song với mặt đất, nhưng cũng có thể “nhảy nhót” theo chiều thẳng đứng, thậm chí có thể bay ngược chiều gió và thay đổi hướng bất thường. Vài nhân chứng từng nhìn thấy nó đi xuyên qua những vật liệu được cho là cách điện rất tốt như thủy tinh hay composit.

Tuy nhiên, sét hòn rất hiếm khi xảy ra trong tự nhiên và chúng ta cũng không thể dự đoán trước. “Hiểu biết của chúng ta hiện nay về sét hòn chủ yếu dựa vào báo cáo của các nhân chứng tình cờ bắt gặp nó”, Eli Jerby, nhà nghiên cứu sóng cực ngắn tại Đại học Tel Aviv (Israel), cho biết.

Trường hợp tử vong do sét hòn lần đầu tiên được ghi nhận vào ngày 12/10/1638. Trong cơn giông, một quả cầu phát sáng đã bay qua cửa sổ một nhà thờ ở Devonshire (Anh) sau đó phát nổ, khiến bốn người thiệt mạng và 60 người bị thương. Sét hòn đặc biệt nổi tiếng trong Chiến tranh thế giới lần thứ hai, khi chúng thường bay dọc cánh máy bay chiến đấu, gây khiếp sợ cho các phi công. Hiện tượng này được giới quân sự gọi là “foo fighter”.

Kể từ đó đến nay, có rất nhiều báo cáo về sét hòn. Chúng có thể xuất hiện lơ lửng gần mặt đất, bay vào trong các tòa nhà, lượn lờ trên lò nướng trong bếp, bay lang thang dọc lối đi của máy bay dân dụng, đuổi theo một chiếc ô tô, hoặc phát nổ làm cho hệ thống điện bị hỏng…

“Theo một cuộc điều tra thống kê được thực hiện bởi nhà nghiên cứu người Mỹ J.R.McNally vào năm 1960, hiện tượng sét hòn từng được nhìn thấy bởi 5% dân số trên Trái Đất. Con số này tương đương tỷ lệ người dân chứng kiến một vụ sét đánh thông thường ở cự ly dần”, theo Peter H. Handel, nhà vật lý tại Đại học Missouri (Mỹ).

Năm 1955, Pyotr Kapitsa – nhà vật lý người Nga – giải thích rằng, sét hòn là kết quả của sự phóng điện không điện cực (electrodeless discharge), được tạo ra bởi các sóng đứng siêu cao tần (UHF) bí ẩn, tồn tại giữa mặt đất và đám mây.

Các nhà khoa học đã cố gắng tái tạo sét hòn, hoặc một thứ gì đó giống với nó, trong phòng thí nghiệm. Trong một bài báo được công bố trên tạp chí Phys Review Letters vào năm 2007, nhóm nghiên cứu tại Đại học Liên bang Pernambuco (Brazil) đã sử dụng điện để làm bay hơi các tấm silic nhỏ. Kết quả họ tạo ra những quả cầu màu xanh, trắng, da cam, có kích thước bằng quả bóng bàn bay lơ lửng xung quanh tấm silic trong khoảng 8 giây. Các nhà nghiên cứu đề xuất giả thuyết cho rằng, sét hòn hình thành từ những cú sét đánh trên đất giàu silica (SiO2). Theo đó, silica bay hơi ngưng tụ thành các hạt nano và liên kết với nhau bằng điện tích. Nó phát sáng rực rỡ vì xảy ra phản ứng hóa học giữa silic và oxy trong không khí.

Năm 2012, trong quá trình thực địa nghiên cứu sét thông thường, các nhà khoa học tại Đại học Sư phạm Tây Bắc ở Lan Châu, Trung Quốc, tình cờ ghi lại được video tốc độ cao về sét hòn tự nhiên từ khoảng cách khoảng 900 m. Quả cầu lửa này đã chiếu sáng một khu vực có đường kính lên tới 5 m, di chuyển với vận tốc 31 km/h trước khi biến mất.

Tuy sét hòn chỉ được nhìn thấy trong khoảng thời gian 1,64 giây, nhưng các nhà nghiên cứu vẫn đủ thời gian phân tích ánh sáng nó phát ra bằng máy đo quang phổ. Màu sắc của sét hòn chuyển dần từ màu tím sang da cam, trắng và cuối cùng là đỏ. Máy đo quang phổ phát hiện dấu vết của các nguyên tố silic (Si), sắt (Fe) và canxi (Ca) bên trong quả cầu phát sáng. Tất cả những nguyên tố này đều có mặt trong thành phần đất ở xung quanh khu vực nghiên cứu. Đây là phép đo kỹ lưỡng đầu tiên về hiện tượng sét hòn trong tự nhiên.

“Kết quả nghiên cứu cung cấp những thông tin quý giá về sự hình thành, tiến hóa và tính chất của sét hòn. Phát hiện này ủng hộ quan điểm trước đó cho rằng sét hòn là sản phẩm tương tác giữa mặt đất và sét thông thường. Tia sét đã kích hoạt phản ứng hóa học giữa oxy và một số nguyên tố bốc hơi từ đất”, nhóm nghiên cứu cho biết.

Trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature vào năm 2016, nhà vật lý H.C.Wu tại Đại học Chiết Giang (Trung Quốc) đề xuất giả thuyết khác cho rằng, bức xạ vi sóng (sóng viba) hình thành khi sét đánh xuống mặt đất có thể nằm gọn trong một khối cầu plasma, tạo ra sét hòn.

Sét hòn và hiện tượng Ngọn lửa thánh Elmo đôi khi bị đánh đồng với nhau một cách sai lầm, bởi vì cùng có dạng hình cầu. Ngọn lửa thánh Elmo được đặt theo tên thánh Erasmus of Formiae, vị thánh bảo hộ của thủy thủ. Nhiều thủy thủ mô tả nó giống quả bóng lửa nhảy nhót trên tàu và leo lên cột buồm. Ngọn lửa thánh Elmo là hiện tượng thời tiết tĩnh điện, xảy ra do sự phóng điện từ một vật dẫn sắc nhọn có mật độ điện tích tăng cao bên trong điện trường mạnh (chẳng hạn trong cơn bão). Nhưng không giống sét hòn, ngọn lửa này vẫn tiếp xúc với vật dẫn, đôi khi di chuyển dọc vật dẫn. Bên cạnh đó, Ngọn lửa thánh Elmo có thời gian tồn tại lâu hơn sét hòn rất nhiều.