ΚΕΡΑΥΝΟΣ, ΑΣΤΡΑΠΗ, ΒΡΟΝΤΗ: Η ΕΞΗΓΗΣΗ ΤΟΥ ΦΥΣΙΚΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ

Ο κεραυνός είναι ένα από τα εντυπωσιακότερα φαινόμενα που μπορεί κανείς να παρατηρήσει. Στην ερώτηση όμως τι είναι ένας κεραυνός και πως αυτός δημιουργείται, η απάντηση που μας έρχεται τις περισσότερες φορές στο μυαλό είναι ότι δύο σύννεφα συγκρούονται και η σύγκρουση αυτή προκαλεί τον κεραυνό! Πάμε να δούμε τι πραγματικά συμβαίνει και αν αυτή η ιστορία είναι ακριβής.

ΚΕΡΑΥΝΟΣ: ΑΠΟ ΤΗΝ ΘΕΟΠΟΙΗΣΗ ΣΤΗΝ ΕΡΜΗΝΕΙΑ

Από την αρχαιότητα ακόμα η πανίσχυρη δύναμη του κεραυνού σε συνδυασμό με την έλλειψη γνώσης και ικανότητα επεξήγησης του φαινομένου οδήγησε πολλούς λαούς στο να τον θεοποιήσουν. Στην αρχαία ελληνική μυθολογία ήταν το όπλο του Δία, στους βίκινγκ ήταν το αποτέλεσμα από το χτύπημα του σφυριού του Θορ, στην Ινδία ο Ιντρα, στην Κίνα ο Ζιν Σιν και αρκετά αργότερα με την καθιέρωση του χριστιανισμού σύμφωνα με τις λαϊκές δοξασίες η αστραπή είναι η φωτιά που αφήνει πίσω της το άρμα του προφήτη Ηλία και η βροντή το κροτάλισμα των αλόγων του.

Και φτάνουμε καλώς εχόντων των πραγμάτων στον 18ο αιώνα όπου ο Βενιαμίν Φραγκλίνος και το διάσημο πείραμα του με τον χαρταετό συσχετίζει το φοβερό αυτό φαινόμενο με το ηλεκτρικό ρεύμα και την ηλεκτρική εκκένωση. Ας δούμε τα πράγματα λίγο αναλυτικότερα.

ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΑΣΤΡΑΠΗΣ

Αστραπή είναι η γρήγορη και μαζική μετακίνηση των ηλεκτρικών φορτίων που μπορεί να συμβεί με τρεις τρόπους. Ο πρώτος είναι μεταξύ δύο διαφορετικών σύννεφων, ο δεύτερος μέσα στο ίδιο σύννεφο και ο τρίτος μεταξύ σύννεφου και εδάφους. Στην τρίτη περίπτωση δηλαδή μεταξύ εδάφους και σύννεφου ονομάζεται κεραυνός.

ΠΩΣ ΔΗΜΙΟΥΡΓΕΙΤΑΙ Ο ΚΕΡΑΥΝΟΣ

Μέσα σε ένα καταιγιδοφόρο σύννεφο, σύννεφο δηλαδή που είναι υπεύθυνο για την δημιουργία μιας καταιγίδας, υπάρχουν πολλά σωματίδια πάγου, οι παγοκρύσταλλοι. Λόγω της συνεχούς κίνησης των παγοκρυστάλλων εύκολα μπορεί να φανταστεί κανείς πως συγκρούονται συνεχώς μεταξύ τους. Εξαιτίας των συγκρούσεων αυτών αυτό που συμβαίνει είναι ότι ηλεκτρόνια φεύγουν από κάποιους παγοκρυστάλλους και μεταφέρονται σε άλλους. Συνεπώς έχουμε παγοκρυστάλλους με αρνητικό και παγοκρυστάλλους με θετικό φορτίο. Ένα καταιγιδοφόρο νέφος στο στάδιο της ωρίμανσης του εμφανίζει ανοδικά και καθοδικά ρεύματα αέρα. Άρα οι παγοκρύσταλλοι με αρνητικό φορτίο και η μεγαλύτερη μάζα εξαιτίας της βαρύτητας καταλαμβάνουν το κάτω μέρος του σύννεφου ενώ οι παγοκρύσταλλοι με μικρότερη μάζα και θετικό φορτίο παρασύρονται από τα ανοδικά ρεύματα αέρα και καταλαμβάνουν το πάνω μέρος του σύννεφου. Οπότε αν κοιτάξουμε την τομή ενός σύννεφου βλέπουμε πως έχουμε στην πάνω μεριά θετικό φορτίο και στην κάτω μεριά αρνητικό. Κρατώντας αυτήν την εικόνα στο μυαλό μας αν έρθουμε στην επιφάνεια της γης θα δούμε πώς τα αρνητικά φορτία που υπάρχουν σε αυτή απωθούνται από τα αρνητικά φορτία που υπάρχουν στην κάτω μεριά του καταιγιδοφόρου σύνεφου. Το αποτέλεσμα είναι η επιφάνεια του εδάφους να φορτιστεί θετικά. Στο σημείο αυτό βέβαια να αναφέρουμε πως ο αέρας είναι μονωτικό υλικό, δεν επιτρέπει δηλαδή την διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος. Όμως σιγά-σιγά η διαφορά δυναμικού μεταξύ εδάφους και σύννεφου γίνεται τόσο μεγάλη εξαιτίας της συγκέντρωσης των φορτίων με αποτέλεσμα η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου να φτάνει την τάξη των πέντε εκατομμυρίων βόλτ ένα μέτρο περίπου. Κατά αυτόν τον τρόπο λοιπόν ξεπερνιέται η διηλεκτρική αντοχή της ατμόσφαιρας με αποτέλεσμα ο ατμοσφαιρικός αέρας να παύει να λειτουργεί μονωτικά.

Φτάσαμε στο σημείο που το ηλεκτρικό φορτίο πλέον μπορεί να μετακινηθεί προς την Γη ακολουθώντας κάποια μονοπάτια. Θα έχετε σίγουρα προσέξει ότι η εικόνα του κεραυνού δεν είναι μία ευθεία γραμμή αλλά εμφανίζει πολλές διακλαδώσεις με πολλές ακίδες, το οποίο γέννα το ερώτημα: αφού ο συντομότερος δρόμος για να καλύψω μία απόσταση είναι η ευθύγραμμη γιατί το ηλεκτρικό ρεύμα αποφασίζει να μην κατευθυνθεί έτσι;

Κατά την διαδρομή προς το έδαφος ο οδηγός αναζητά συνεχώς κάποιο αντικείμενο για να χτυπήσει. Κάθε φορά που δεν βρίσκει αλλάζει πορεία και συνεχίζει την αναζήτηση. Οι παύσεις αυτές βέβαια διαρκούν απειροελάχιστα, και καθώς φτάνει πολύ κοντά στην γη, εξαιτίας ελκτικών δυνάμεων δημιουργούνται ισχυρά ρεύματα που μεταφέρουν τα θετικά φορτία των φορτισμένων αντικειμένων στην γη προς τα πάνω. Έτσι οδηγός θα ενωθεί με ένα από αυτά και σχηματίζεται ο κεραυνός.

ΒΡΟΝΤΗ

Την συνέχεια του φαινομένου την περιγράφει μία λαϊκή ρήση που λέει: εάν δεν αστράψει δεν βρόντα. Όπως γνωρίζουμε το ηλεκτρικό ρεύμα συνδέεται άμεσα με την παραγωγή θερμικής ενέργειας. Έτσι λοιπόν σε έναν κεραυνό όπου η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος είναι πολύ μεγάλη, η θερμοκρασία που αναπτύσσεται είναι τεράστια. Ο αέρας συνεπώς που βρίσκεται στην πορεία του κεραυνού θερμαίνεται ξαφνικά σε θερμοκρασίες περίπου 30.000 βαθμών κελσίου.  Για να αντιληφθούμε το πόσο μεγάλο είναι αυτό το μέγεθος να αναφέρουμε πως στην επιφάνεια του ήλιου η θερμοκρασία είναι περίπου 5,5 χιλιάδες βαθμούς κελσίου. Εξαιτίας λοιπόν αυτής της απότομης αύξησης της θερμοκρασίας προκαλείτε μία εξίσου έντονη και απότομη διαστολή του αέρα, που θα μπορούσε κανείς να την παρομοιάσει με μία έκρηξη. Αυτό το ωστικό κύμα που προκαλείται από την έκρηξη και φτάνει σε εμάς σαν ηχητικό κύμα ονομάζουμε βροντή. Ενδιαφέρον στην παρατήρηση της αστραπής και της βροντής παρουσιάζει η χρονική διαφορά που έχουν μεταξύ τους.

ΧΡΟΝΙΚΗ ΔΙΑΦΟΡΑ ΑΣΤΡΑΠΗΣ-ΒΡΟΝΤΗΣ

Σίγουρα θα έχετε βρεθεί και εσείς στην φάση να δείτε έναν κεραυνό και έπειτα να μετράτε ελεφαντάκια για να διαπιστώσετε πόσο κοντά ή μακριά από εσάς έπεσε ο κεραυνός. Η διαφορά φάσης αυτή οφείλεται στο ότι ο ήχος και το φως ταξιδεύουν με διαφορετική ταχύτητα στον αέρα. Το φως ταξιδεύει πολύ πολύ ταχύτερα από τον ήχο. Ο ήχος στον αέρα διαδίδεται με ταχύτητα περίπου 340 μέτρων το δευτερόλεπτο. Οπότε η εικόνα ενός κεραυνού φτάνει σχεδόν ταυτόχρονα με το που πέσει ο κεραυνός, ενώ ο ήχος καθυστερεί. Αν για παράδειγμα δείτε έναν κεραυνό και μέτρησε τρία δευτερόλεπτα, μπορούμε χονδρικά να σκεφτούμε πως 3 x 340 περίπου 1.000 άρα ο κεραυνός είναι περίπου ένα χιλιόμετρο μακριά. Αυτή ήταν λοιπόν η ιστορία ενός φαινομένου που γοήτευσε την ανθρωπότητα από αρχαιοτάτων χρόνων!