อากาศ สายฟ้าเป็นลักษณะที่สวยงามและอันตรายที่สุดของพายุ ระหว่างปี 1989 ถึง 2018 มีรายงานการเสียชีวิตที่เกี่ยวข้องกับแสงสว่างโดยเฉลี่ย 43 รายในสหรัฐอเมริกาในแต่ละปี มีเพียงประมาณร้อยละ 10 ของผู้ที่ตกเป็นเหยื่อของฟ้าผ่าเท่านั้นที่เสียชีวิต ซึ่งปกติจะมาจากภาวะหัวใจหยุดเต้นหรือสมองถูกทำลาย ซึ่งเป็นเรื่องที่น่าแปลกใจ เมื่อพิจารณาว่าสายฟ้ามีอุณหภูมิประมาณ 50,000 องศาฟาเรนไฮต์ซึ่งร้อนกว่าพื้นผิวประมาณห้าเท่าของดวงอาทิตย์
แม้ว่าสายฟ้าจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 1 นิ้ว แต่ก็สามารถยืดออกไปได้หลายไมล์ แม้ว่าสายฟ้าส่วนใหญ่จะมีความยาว 2 ถึง 3 ไมล์ แต่สถิติโลกก็สังเกตเห็นแสงวาบที่ยาวถึง 477.2 ไมล์ ในสามรัฐของสหรัฐอเมริกา ได้แก่ มิสซิสซิปปี หลุยเซียน่าและเท็กซัส ในปี 2020 ดังนั้นการแสดงออกว่าออกของสีน้ำเงินมีความแม่นยำอย่างสมบูรณ์ หากได้ยินเสียงฟ้าร้องเป็นไปได้สายฟ้าจากพายุฝนฟ้าคะนองในบริเวณใกล้เคียงอาจมาถึงทุกที่ที่อยู่สิ่งที่ทรงพลังราวกับสายฟ้าเริ่มต้น
จากกระบวนการที่เกิดขึ้นในชีวิตตลอดเวลา นั่นคือไฟฟ้าสถิตหากเคยตกใจกับลูกบิดประตูหลังจากเดินข้ามพรมโดยสวมถุงเท้าจะพบกับสายฟ้าฟาดเล็กๆประจุไฟฟ้าสถิตจะก่อตัวขึ้นเมื่อวัตถุสองชิ้นเสียดสีกัน และในกรณีของฟ้าผ่า วัตถุนั้นจะเป็นโมเลกุลของความชื้นและผลึกน้ำแข็งในก้อนเมฆ เมฆเป็นหนึ่งในสถานที่กักเก็บและสะสมความชื้นในวัฏจักรของน้ำเมฆก่อตัวขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป
เนื่องจากน้ำบนบกดูดซับความร้อนจากดวงอาทิตย์และบริเวณรอบๆจนกว่าจะรวบรวมพลังงาน ได้มากพอที่จะเปลี่ยนสถานะเป็นไอ เมฆที่เห็นเป็นเพียงกลุ่มไอน้ำ ฝุ่นละอองและสิ่งสกปรกอื่นๆที่เกาะตัวกันบนท้องฟ้า เหมือนกับน้ำในทะเลสาบหรือมหาสมุทรที่เกาะตัวกันบนพื้นดิน เห็นได้ชัดว่าฝน หิมะและลูกเห็บเกิดจากเมฆ แต่มันเกิดขึ้นจากไอน้ำที่เพิ่มสูงขึ้นและสูงขึ้นและอุณหภูมิของอากาศโดยรอบลดต่ำลงเรื่อยๆ ในที่สุด
ไอระเหยจะสูญเสียความร้อนไปในอากาศโดยรอบมากพอที่จะทำให้มันเปลี่ยนกลับเป็นของเหลวได้ แรงโน้มถ่วงของโลกทำให้ของเหลวไหลกลับลงมา หากอุณหภูมิในอากาศโดยรอบต่ำพอไอระเหยจะควบแน่นและแข็งตัวเป็นหิมะหรือลูกเห็บได้พายุไฟฟ้า นักวิทยาศาสตร์เดาได้ค่อนข้างดีว่าอะไรเป็นสาเหตุของพายุไฟฟ้า แม้ว่าพวกเขาจะเรียนรู้เพิ่มเติมอยู่ตลอดเวลาก็ตาม ในกระบวนการของวัฏจักรของน้ำความชื้นสะสมในชั้นบรรยากาศเพื่อก่อตัวเป็นเมฆ
ในขณะที่กระบวนการระเหยและการควบแน่นดำเนินไป หยดน้ำที่ควบแน่นจะชนกันเองเมื่อมันลอยขึ้น เมฆพายุประกอบด้วยโมเลกุลของน้ำและผลึกน้ำแข็งที่พัดพาฝุ่นนับพันล้านตัวซึ่งเริ่มเคลื่อนตัวเร็วขึ้นและเร็วขึ้นเมื่อพวกมันถูกัน เมื่อโมเลกุลของน้ำชนกัน อิเล็กตรอนจะหลุดออกจากกัน ทำให้เกิดการแยกประจุ อิเล็กตรอนที่หลุดออกไปใหม่จะตกลงไปที่ส่วนล่างของเมฆ ทำให้มีประจุเป็นลบเป็นผลให้เมฆมีประจุเหมือนแบตเตอรี่ขนาดยักษ์บนท้องฟ้า
ส่วนบนของเมฆจะมีประจุบวกมากขึ้นและส่วนล่างจะมีประจุลบมากขึ้น เนื่องจากวัตถุที่มีประจุบวกและประจุลบจะดึงดูดซึ่งกันและกันในขณะที่วัตถุที่มีประจุไฟฟ้าเท่ากันจะผลักกัน คิดว่าเป็นแม่เหล็กปลายด้านลบของเมฆที่อยู่ใกล้กับพื้นดินจะผลักโมเลกุลที่มีประจุลบออกไปบนพื้น การผลักกันของอิเล็กตรอนนี้ทำให้พื้นผิวโลกได้รับประจุบวกที่รุนแรง สิ่งที่จำเป็นในตอนนี้คือเส้นทางนำไฟฟ้าสำหรับด้านล่างของเมฆเชิงลบเพื่อสัมผัสกับพื้นผิวโลกที่เป็นบวก
สนามไฟฟ้าแรงซึ่งมีความพอเพียงสร้างเส้นทางนี้ไอออนไนซ์อากาศ เมื่อความแตกต่างระหว่างประจุที่ด้านล่างของก้อนเมฆและพื้นโลกด้านล่างก่อตัวขึ้นขั้นแรกของสายฟ้าก็เริ่มต้นขึ้น เมื่อสนามไฟฟ้ามีความเข้มมาก ตามลำดับหลายหมื่นโวลต์ต่อนิ้ว จะพร้อมสำหรับอากาศที่จะเริ่มสลายตัว สนามไฟฟ้าทำให้อากาศรอบๆแยกออกเป็นไอออนบวกและอิเล็กตรอน อากาศจะแตกตัวเป็นไอออน โปรดทราบว่าการแตกตัวเป็นไอออนไม่ได้หมายความว่ามีประจุลบหรือประจุบวกมากกว่าเดิม
ไอออนไนซ์นี้หมายความว่าอิเล็กตรอนและไอออนบวกอยู่ห่างกันมากกว่าที่อยู่ในโครงสร้างอะตอมเดิม ความสำคัญของการแยกนี้คือตอนนี้ อิเล็กตรอนมีอิสระที่จะเคลื่อนที่ได้ง่ายกว่าเมื่อก่อนการแยก ดังนั้นก่อนหน้านี้อิเล็กตรอนเหล่านี้มีการเคลื่อนที่ที่ดีเยี่ยม ทำให้มีกระแสไฟฟ้าไหลได้ไอออนไนซ์ของอากาศหรือก๊าซสร้างพลาสมา โดยที่มีคุณสมบัตินำไฟฟ้าคล้ายกับของโลหะพลาสมาเป็นเครื่องมือธรรมชาติที่ใช้เพื่อทำให้การแยกประจุเป็นกลางในสนามไฟฟ้า
ผู้อ่านที่คุ้นเคยกับปฏิกิริยาเคมีของไฟจะจำได้ว่าปฏิกิริยาออกซิเดชันมีบทบาทสำคัญออกซิเดชันเป็นกระบวนการที่อะตอมหรือโมเลกุลสูญเสียอิเล็กตรอนเมื่อรวมกับออกซิเจน พูดง่ายๆ คืออะตอมหรือโมเลกุลเปลี่ยนจากศักย์บวกที่ต่ำกว่าเป็นศักย์บวกที่สูงกว่าที่น่าสนใจคือกระบวนการไอออไนเซชันซึ่งสร้างพลาสมาก็เกิดขึ้นเช่นกันผ่านการสูญเสียอิเล็กตรอน จากการเปรียบเทียบนี้สามารถมองกระบวนการไอออไนเซชันว่าเป็นการเผาเส้นทางในอากาศเพื่อให้ฟ้าผ่าตามมา
เหมือนกับการขุดอุโมงค์ผ่านภูเขาเพื่อให้รถไฟวิ่งตามมา ส่วนมากจะเห็นฟ้าแลบด้านลบ ซึ่งเกิดขึ้นทั้งบนพื้นดินและด้านล่าง และมีประจุลบมากกว่าในส่วนของเมฆอาจจะที่แตกตัวเป็นไอออนซึ่งเกิดจากเมฆ โดยทั่วไปแล้วเส้นทางเหล่า นี้เรียกว่าผู้นำขั้นบันได ผู้นำขั้นบันไดส่วนใหญ่มองไม่เห็น ยกเว้นกล้องที่มีความเร็วสูงอย่างเหลือเชื่อ พวกมันแยกตัวลงสู่พื้นอย่างรวดเร็วอย่างไม่น่าเชื่อ ประมาณ164 ฟุตต่อไมโครวินาที
พวกมันก่อตัวเป็นกิ่งก้านเนื่องจากอากาศอาจไม่แตกตัวเป็นไอออนในทุกทิศทางเท่าๆ กันฝุ่นละอองหรือสิ่งเจือปนใน อากาศ อาจทำให้อนุภาคไหลไปในทิศทางเดียวได้ง่ายขึ้นทำให้มีโอกาสมากขึ้นที่ผู้นำขั้นบันไดจะถึงพื้นโลกเร็วขึ้นในทิศทางนั้น นอกจากนี้ รูปร่างของสนามไฟฟ้ายังส่งผลต่อเส้นทางไอออไนเซชันอย่างมาก รูปร่างนี้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของอนุภาคที่มีประจุซึ่งในกรณีนี้จะอยู่ที่ด้านล่างของก้อนเมฆและพื้นผิวโลก
หากก้อนเมฆขนานกับพื้นผิวโลก และพื้นที่มีขนาดเล็กพอที่ความโค้งของโลกจะเล็กน้อยตำแหน่งประจุไฟฟ้าทั้งสองจะทำหน้าที่เป็นแผ่นประจุไฟฟ้าสองแผ่นขนานกัน เส้นแรงที่เกิดจากการแยกประจุจะตั้งฉากกับเมฆและโลกเส้นฟลักซ์จะแผ่รังสีในแนวตั้งฉากจากพื้นผิวของประจุเสมอ ก่อนที่จะเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งของประจุตรงข้าม เนื่องจากพื้นผิวด้านล่างของเมฆไม่ตรง เส้นฟลักซ์จะไม่สม่ำเสมอ
เมื่อสายฟลักซ์สายหนึ่งมาถึงพื้นก่อน มันจะสร้างเส้นทางนำไฟฟ้าที่สาขาอื่นๆทั้งหมดระหว่างเมฆและโลกจะตามมา เส้นทางที่ไปถึงพื้นดินส่งผลให้เกิดการปะทะ การไหลของกระแสไฟฟ้าที่เคลื่อนตัวจากก้อนเมฆลงสู่พื้นอย่างกะทันหันและมหาศาล แต่ในขณะที่การกระทำทั้งหมดนี้เกิดขึ้นในเมฆ พื้นผิวโลกก็กำลังเตรียมพร้อมสำหรับการโจมตีด้วยสายฟ้าเช่นกัน ต่อไปจะมาดูสตรีมเมอร์เชิงบวกและจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อสตรีมเมอร์เหล่านี้ได้พบกับผู้นำแบบก้าวกระโดด
บทความที่น่าสนใจ ไฟป่า อธิบายเกี่ยวกับลักษณะการเกิดเหตุและบทบาทในการป้องกันไฟป่า
