Các thuộc tính

Khi cường độ điện trường trong vùng lân cận vượt quá giới hạn điện môi của không khí ẩm (vào khoảng 3 megavolt trên mét), những sự phóng điện trong không khí sẽ dẫn tới một cú sét đánh, theo sau nó thường là những đợt phóng điện thứ cấp tương ứng tỉ lệ có phân nhánh trên cùng một đường đi.[77][100][101] Các cơ chế khiến các điện tích nâng mức điện trường và tạo ra sét vẫn đang là một vấn đề được khoa học nghiên cứu kĩ lưỡng. Nghiên cứu mới đây xác nhận rằng sự cố điện môi có liên quan đến quá trình này. Rison 2016.

Theo nghiên cứu, sự lưu thông của không khí ấm và ẩm ướt qua các điện trường mạnh có thể kích hoạt sự hình thành kênh dẫn và gây ra tia sét.[100] Các hạt nước lỏng hoặc nước đá sau đó sẽ tích tụ điện tích, như đã quan sát thấy trong một máy phát tĩnh điện Van de Graaff.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Florida đã đo được các tốc độ dài cuối tính trong 10 lần tia chớp được quan sát là thuộc khoảng từ 1.0×105 đến 1.4×10 6 m/s, trung bình là 4.4×105 m/s.[102]

Hệ thống dò và phát hiện tia sét từ xa

Thiết bị được phát minh sớm nhất để cảnh báo về một cơn bão sấm sét đang tiếp cận là chuông sét.[103][104] Benjamin Franklin đã lắp đặt một thiết bị như vậy trong nhà của mình. Máy phát hiện sét này dựa trên một thiết bị dò tĩnh điện được gọi là "chuông điện" do Andrew Gordon phát minh năm 1742.[104][105]

Sự phóng điện sét tạo ra một loạt các bức xạ điện từ, bao gồm nhiều xung thuộc tần số vô tuyến. Thời gian mà xung tín hiệu từ một lần phóng điện sét nhất định (chẳng hạn, xung NBP) tới một số máy thu có thể được sử dụng để xác định vị trí nguồn phát, tức nơi có sét. Chính phủ Liên bang Hoa Kỳ đã cho xây dựng một mạng lưới các máy dò sét như vậy trên toàn quốc, cho phép theo dõi các đợt sét trong thời gian thực trên khắp lục địa Hoa Kỳ.[106][107]

Tầng điện ly của Trái Đất hoạt động giống như một ống dẫn sóng, trong đó nó "bẫy" các loại sóng điện từ VLF- và ELF.[108] Các xung điện từ do sét đánh lan truyền đi xa trong ống dẫn sóng đó, và gây ra các tiếng rít điện từ (hiss) mà các máy thu được. Ống dẫn sóng có khả năng phân tán, suy ra vậy có nghĩa là vận tốc nhóm của các sóng trên phụ thuộc vào tần số của chúng. Hiệu số của độ trễ thời gian nhóm của các xung sét ở các tần số lân cận tỉ lệ thuận với khoảng cách giữa nguồn phát và máy thu. Kết hợp với các phương pháp khác để tìm phương của sóng điện từ, cho phép ta có thể xác định vị trí sét đánh ở khoảng cách lên tới 10,000 km so với nguồn gốc của chúng. Hơn nữa, tần số riêng của ống dẫn sóng điện ly Trái đất, hiện tượng cộng hưởng Schumann ở khoảng tần số 7.5 Hz cũng được sử dụng để xác định hoạt động giông bão trên toàn cầu.

Ngoài việc phát hiện tia sét trên bằng các máy trên mặt đất, một số thiết bị vệ tinh cũng đã được chế tạo để quan sát sự phân bố sét. Chẳng hạn như, Đầu dò quang học thoáng qua (Optical Transient Detector - OTD), trên vệ tinh OrbView-1 được phóng vào ngày 3 tháng 4 năm 1995 và sau đó là Bộ cảm biến hình ảnh sét (Lightning Imaging Sensor - LIS) trên tàu vũ trụ TRMM được phóng vào ngày 28 tháng 11 năm 1997.[109][110][111]

Từ tính của sét

Việc phóng điện trong không khí của sét sẽ tạo ra từ trường. Các dòng điện cường độ cao sẽ tạo ra từ trường thoáng qua nhanh chóng nhưng cực kỳ mạnh. Bất thứ gì bị sét đánh trúng như đá, đất hoặc kim loại đều sẽ bị từ hóa vĩnh viễn. Hiện tượng này được biết đến như từ trường tàn dư của sét hay LIRM (lightning-induced remanent magnetism).[112][113] Nó sẽ xảy ra trên những phần dễ dẫn điện nhất và không bị cản trở thường là theo chiều ngang gần bề mặt, tuy nhiên đôi khi nó lại đi theo chiều dọc như các vết nứt, thân quặng, hoặc mạch nước ngầm cung cấp một đường dẫn thấp điện trở.

Từ trường tàn dư của sét gây ra có thể được nhìn thấy trên mặt đất và việc phân tích các mẫu vật bị từ hóa có thể kết luận sức mạnh của sét đã đánh vào nơi đó cũng như sét là nguồn gốc của các nam châm tự nhiên, và ta có thể đưa ra ước tính về dòng cực đại của sự phóng điện sét.[114]

Nghiên cứu của Đại học Innsbruck đã phát hiện ra rằng những từ trường tạo ra bởi plasma, như sét có thể gây ảo giác trên những đối tượng thí nghiệm nằm trong phạm vi 200 m (660 ft) trong một cơn dông mạnh.[115]

Gió mặt trời và tia vũ trụ

Một số tia vũ trụ mang năng lượng cao được tạo ra bởi các siêu tân tinh, cũng như các hạt điện tích từ gió mặt trời, khi đi vào bầu khí quyển và gây ion hóa không khí, có thể góp phần mở ra các con đường cho các kênh dẫn sét hình thành.[116]