Giông, bão, tuyết và sấm sét là một phần quen thuộc đối với con người. Chúng thuộc về thời tiết và có quy luật vận động đặc biệt của riêng mình. Hằng năm, chúng ta vẫn thường xuyên nhìn thấy những trận mưa bão lớn kèm theo sấm sét dội xuống mặt đất.
Những tia sét đánh xuống rất nguy hiểm và có thể tước đoạt mạng sống của bất cứ sinh vật nào một cách nhanh chóng. Nhưng có đôi lúc những luồng sáng điện tích đó cũng bắn ngược lại bầu trời – các nhà vật lý gọi nó với cái tên: “sét thượng tầng khí quyển”. Vậy bản chất của hiện tượng này là gì?
Mọi dạng vật chất đều được cấu tạo từ cấp phân tử, nhỏ hơn nữa là cấp lượng tử, điều này cũng đúng với các đám mây tích điện. Về bản chất, tia sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và mặt đất hay giữa các đám mây mang các điện tích trái dấu với nhau.
Những ion trên cao ma sát đã tạo ra luồng điện đủ lớn, chúng có thể phóng đi với vận tốc gần 100,000 km/s. Bản chất của các hạt mang năng lượng cao và tốc độ di chuyển là hai nguyên nhân chính khiến cho sét đánh trở thành một hiện tượng rất nguy hiểm.
Trước đây, đa số các quan sát đều phát hiện tia sét hoạt động tập trung xuống mặt đất hoặc giữa các đám mây. Tuy nhiên, mới đây, một đoạn ghi hình đã may mắn ghi lại được khung cảnh một chùm dày đặc các tia sét phóng ngược lên trên.
Đối với giới khoa học, sét thượng tầng khí quyển vô cùng hiếm gặp. Việc quan sát được nó từ mặt đất là một may mắn. Những lần phóng điện tích của nó thường bắt đầu từ đỉnh một đám mây tại độ cao rơi vào khoảng 15 – 20 km so với mặt đất. Mỗi lần tia sét đánh ra, nó có thể chạm tới tầng điện ly phía trên của tầng khí quyển.
Hiện nay, các nhà khoa học đang chia bầu khí quyển của Trái Đất thành 5 phần, trong đó, tầng điện ly bắt đầu từ khoảng không cao từ 48km (tính từ mặt đất) đến độ cao khoảng 965 km, chạm tới rìa không gian bên ngoài. Đây là vùng khí quyển tập trung rất nhiều các hạt điện tích từ mặt đất cũng như tàn dư đến từ mặt trời.
Cho tới ngày nay, bản chất của các tia sét vẫn chưa được thống nhất, sét thượng tầng khí quyển quá hiếm gặp nên các nhà nghiên cứu không có đủ thông tin để tìm hiểu nó.
Ngay từ những buổi đầu, bắt nguồn từ khi con người sáng tạo ra chữ viết và ghi chép lại thông tin bằng văn bản, những tia sét đã khơi gợi nhiều sự tò mò. Chúng được nghiên cứu và làm thí nghiệm qua nhiều thế kỷ nhưng cho tới ngày nay, nguyên nhân hình thành nên chúng vẫn còn là một ẩn số chưa được giải đáp chính xác. Giống như sét thượng tầng khí quyển, sét hòn và sét nhiệt cũng đều là những biến thể của hiện tượng sấm sét thông thường.
Những nguyên cứu về chúng thường rời rạc và mang đậm tính chất phỏng đoán do quá hiếm gặp và ít cơ hội quan sát thực tế. Trong cộng đồng khoa học, những tia sét phóng ngược lên bầu trời như thế còn có một cái tên khác là “Gigantic Jet”. Hiện tại chưa có bằng chứng nào chỉ ra nó sẽ gây hại cho con người, đây đơn giản vẫn chỉ là một hiện tượng kỳ thú trên Trái Đất.
Tuy không thể nghiên cứu chính xác nhưng những hình ảnh chất lượng trong cuộn băng đã giúp các nhà khoa học khẳng định được lượng điện tích mỗi lần phóng ra của “Gigantic Jet” cao gấp 3 lần các tia sét thông thường. Chúng không đánh riêng lẻ thành các tia như khi đáp xuống mặt đất mà phát triển thành các cụm sét mạnh và dày đặc, tạo nên một vạch sáng cực kỳ nổi bật trên bầu trời. Cũng có lần, người ta đã quan sát được sét thượng tầng khí quyển trong một cơn bão đất liền thay vì bão biển, mặc dù các đám mây giông trên biển dễ tạo ra các tia lửa điện khủng khiếp hơn.
Trên thực tế, sấm sét giữa các đám mây và tầng điện ly cũng có thêm một vài biến dạng khác. Các nhà quan sát thiên văn thỉnh thoảng cũng ghi nhận một vài dạng sét dị biệt như Sprite hay Blue jet. Trong khi dạng đầu tiên xảy ra do nhiễu loạn quá trình phóng điện tích từ đỉnh các đám mây lên tầng điện ly thì Blue jet giống như một ngôi sao xanh rực rỡ trên tầng bình lưu nên tầng khí quyển.
Những hiện tượng này đều diễn ra trong một khoảng thời gian cực ngắn, đôi lúc chỉ vài mini giây. Cũng có lúc một vài ánh sáng kỳ lạ trên các đám mây là do những phương tiện trên cao gây ra, một vài sự cố hàng không với các đám mây cũng có thể gây ra ánh sáng le lói như một tia sét vừa lướt qua.
Đến nay, Trái Đất vẫn ẩn chứa đầy rẫy những bí mật mà con người chưa khám phá hết. Những tia sét là một ví dụ điển hình. Chúng ta đã nghiên cứu chúng gần hai thế kỷ nhưng không thể định nghĩa và khám phá bản chất toàn bộ các biến thể của chúng. Sấm sét là một phần của thời tiết và cuộc sống con người. Hy vọng trong tương lai, chúng ta có căn cứ để hiểu rõ hơn về cách thức mà hiện tượng phát sáng tạm thời tương tự được hình thành.
