Điều gì tạo ra những tia sét?

Charlie Wood

Với hàng loạt các thiết bị quan sát hiện đại, các nhà vật lý đang tiến gần hơn đến lời giải cho một trong những bí ẩn lâu đời nhất của tự nhiên, sự hình thành các tia sét.

Trước khi thay đổi cách chúng ta hiểu về những tia sét trên Trái Đất, Joseph Dwyer (Đại học New Hampshire), nghiên cứu các hiện tượng thời tiết ở quy mô vũ trụ. Sử dụng những cảm biến trên vệ tinh Wind của NASA [1], hoạt động cách Trái Đất hàng triệu dặm, ông theo dõi các vụ bùng phát năng lượng từ Mặt Trời và phân tích những dòng hạt phóng ra từ bề mặt của nó. Vậy nhưng khi mới chuyển đến Florida vào khoảng những năm 2000, Dwyer lại muốn tìm kiếm một hướng nghiên cứu mới, một hiện tượng mà ông và các sinh viên có thể trực tiếp khảo sát. Chẳng bao lâu sau, thời tiết nhiệt đới đã mang đến cho ông một bí ẩn ngay bên ngoài cửa sổ giảng đường. "Tiếng sấm cứ nổ ầm ầm bên ngoài", Dwyer nhớ lại. "Tôi chợt nhận ra, những tia sét vẫn là một bài toán chưa có lời giải."

Những cơn bão cùng sấm sét đã ám ảnh nhân loại hàng nghìn năm qua. Dẫu vậy, cơ chế thực sự tạo ra chúng đến nay vẫn còn nhiều bí ẩn. Các đám mây dông quá dày đặc để có thể nhìn xuyên qua, quá nguy hiểm để tiếp cận và quá lớn để tái tạo trong phòng thí nghiệm.

Suốt gần ba thế kỷ qua, các nhà nghiên cứu đã đưa diều, khinh khí cầu và tên lửa vào những đám mây dông để tìm hiểu điều gì đang thực sự xảy ra bên trong. Tuy thu được nhiều kiến thức quan trọng nhưng càng quan sát kỹ, chúng ta càng phát hiện thêm những khoảng trống lớn trong hiểu biết của mình. Có một câu hỏi luôn ám ảnh các nhà khoa học thời tiết trong 50 năm gần đây, đó là: tia sét, vốn là một luồng không khí bị nung nóng đến nhiệt độ cực cao và phát sáng, thực sự bắt đầu hình thành như thế nào?

Các nhà nghiên cứu đã nghĩ ra những phương thức mới để nhìn xuyên qua các đám mây. Giống như Dwyer, rất nhiều nhà nghiên cứu từng làm việc trong lĩnh vực vật lý thiên văn vậy. Họ sử dụng các thiết bị vốn được thiết kế để nghiên cứu những hiện tượng dữ dội ngoài vũ trụ và hướng chúng vào quan sát sự tàn khốc của những cơn dông trên Trái Đất. Nhờ đó, họ đã chứng kiến những tia sét phóng ra tia X khi di chuyển theo đường dích dắc, bắt gặp những ánh chớp tia gamma lập lòe phát ra từ mây dông, và mới đây nhất là phát hiện dấu hiệu của những tia sét di chuyển theo những hướng không ngờ tới.

Dù chưa có ai tìm ra bức tranh hoàn chỉnh nhưng một cách hiểu mới về sét đang dần hình thành. Những tia sét giờ đây ít giống những tia lửa điện khổng lồ như các nhà vật lý từng hình dung. Dù điện vẫn đóng vai trò trung tâm, việc hình thành và định hình tia sét lại có sự tham gia của toàn bộ các quy luật vật lý, từ những vụ nổ vũ trụ cho đến vật lý hạt. Thật bất ngờ, việc kích hoạt một tia sét dường như đòi hỏi những sự kiện cực đoan vốn thường gắn liền với siêu tân tinh, hố đen và máy gia tốc hạt hơn là những đám mây bồng bềnh.

"Ngày càng có nhiều nhà khoa học trong lĩnh vực này đồng tình rằng các quá trình năng lượng cao đóng vai trò then chốt trong việc khởi phát sét", Caitano da Silva [2], nhà vật lý khí quyển tại Viện Công nghệ New Mexico, cho biết. "Đây là thời điểm rất thú vị để nghiên cứu lĩnh vực này."

Tia sét bắt đầu từ đâu?

Khi những tia chớp xé ngang bầu trời, người Hy Lạp, Scandinavia và Hindu cổ đại từng xem đó là dấu hiệu của sự giao tranh giữa các vị thần. Còn trong quan niệm của người Trung Hoa xưa, tiếng sấm vang rền là biểu hiện của thần linh trừng phạt những kẻ làm điều sai trái. Đến tận ngày nay, sức mạnh của những cơn dông bão vẫn khiến con người phải kinh ngạc.

"Tôi lớn lên ở Brazil, nơi những khối khí lạnh lớn thường xuất hiện và đi kèm theo rất nhiều sấm sét", da Silva kể. "Tôi từng rất khiếp sợ chúng."

Chính nỗi sợ cũng có thể khơi dậy trí tò mò. Dù đã trải qua hàng thế kỷ nghiên cứu, những nhà vật lý say mê hiện tượng này như da Silva vẫn đang tìm lời giải cho chính câu hỏi mà người xưa từng đặt ra: Tia sét hình thành như thế nào?

Có lúc các nhà khoa học tưởng rằng họ đã tìm được câu trả lời. Khi các nhà vật lý giải mã được bản chất của điện vào thế kỷ 18 và 19, họ đã học được cách tạo ra những tia lửa điện lớn theo ý muốn. Họ tích điện cho một quả cầu kim loại, sau đó đưa quả cầu thứ hai lại gần, và một tia lửa sẽ phóng qua khoảng không giữa chúng

Khi hiểu rõ hơn về cấu trúc vật chất, các nhà khoa học cũng giải thích được nguyên nhân. Sự chênh lệch điện tích giữa hai quả cầu tạo ra một điện trường. Khi điện trường đạt đến một cường độ đủ lớn, khoảng 3 triệu volt trên mỗi mét, không khí bắt đầu bị "đánh thủng điện môi", mất đi tính chất cách điện vốn có và trở thành môi trường dẫn điện. Điện trường gia tốc các electron tự do, khiến chúng va chạm vào các nguyên tử xung quanh và đánh bật thêm nhiều electron khác. Những electron mới tiếp tục gây ra các vụ va chạm, tạo nên một phản ứng dây chuyền. Quá trình này giống như tuyết trên một sườn núi dốc bất ngờ đổ xuống, cuốn theo ngày càng nhiều tuyết và hình thành một trận tuyết lở. Trong không khí, dòng electron tăng lên nhanh chóng, làm nóng môi trường xung quanh cho đến khi nó phát sáng.

Năm 1752, Benjamin Franklin đã chứng minh mối liên hệ giữa điện và các tia sét trên bầu trời thông qua thí nghiệm thả diều nổi tiếng của mình. Trong 200 năm tiếp theo, các nhà khoa học tin rằng cơ chế tạo ra sét trong những đám mây dông về cơ bản giống hệt tia lửa điện giữa hai quả cầu kim loại, chỉ khác ở quy mô lớn hơn nhiều.Bí ẩn về những tia sét tưởng như đã được giải quyết.

Nhưng đến giữa thế kỷ XX, khi các nhà vật lý chuyển từ thả diều sang sử dụng tên lửa và những khinh khí cầu khí tượng có kích thước lớn như xe tải để đo đạc trực tiếp bên trong các đám mây, nghịch lý đã xuất hiện.

Các đám mây dông thực sự có điện trường. Bên trong chúng, những tinh thể băng nhỏ liên tục va chạm và cọ xát với nhau, tương tự hiện tượng tích điện khi tất chân cọ vào thảm. Các hạt mang điện tích âm có xu hướng tập trung ở phần dưới của đám mây. Vấn đề là điện trường trong những đám mây này lại quá yếu.

Ở một cơn dông thông thường, cường độ điện trường chỉ bằng khoảng một phần mười mức cần thiết để tạo ra tia lửa điện theo cơ chế thông thường. Ngay cả điện trường mạnh nhất từng được đo đạc trong mây dông cũng chỉ đạt khoảng một phần ba ngưỡng tới hạn.

Trong khi đó, theo dữ liệu vệ tinh của NASA, tại bất kỳ thời điểm nào trên Trái Đất cũng có hơn 2.000 cơn dông cùng sấm sét diễn ra ở khắp nơi [3]. Một hiện tượng khó hiểu chẳng khác nào việc chứng kiến những trận tuyết lở dữ dội xuất hiện trên các sườn dốc thoai thoải dành cho người mới tập trượt tuyết.

"Muốn tạo ra sét, cường độ điện trường phải vượt qua ngưỡng đánh thủng thông thường", Michael Stock [4], nhà nghiên cứu tại Viện Hợp tác Nghiên cứu và Vận hành Dự báo Thời tiết Nguy hiểm, thuộc Đại học Oklahoma, giải thích. "Nhưng dường như điều đó không xảy ra trong tự nhiên."

Một tia sét nhìn thấy được đồng nghĩa với việc không khí đã bị phân rã thành một mớ hỗn độn các hạt hạ nguyên tử (những hạt nhỏ hơn nguyên tử) nóng bỏng mang điện tích. Chắc chắn phải có thứ gì đó đã khuếch đại điện trường vượt qua ngưỡng tới hạn, hoặc một quá trình nào khác đã phá vỡ các phân tử không khí. Nhưng cụ thể là cái gì?

Benjamin Franklin đã tìm ra manh mối mới. Ông quan sát thấy những vật có đầu nhọn dễ phát hoặc thu tia lửa điện hơn. Ngày nay, các nhà vật lý hiểu rằng hiện tượng này xảy ra do những vật dẫn điện có đầu nhọn làm tăng cường độ điện trường ở khu vực xung quanh. Trong những năm 1960 và 1970, các nhà khoa học tại Mỹ và Pháp bắt đầu chủ động tạo ra sét bằng cách phóng những tên lửa nhỏ có đầu nhọn vào các đám mây dông. Một sợi dây kim loại bung ra phía sau tên lửa sẽ dẫn tia sét đánh xuống mặt đất.

Hầu hết các đám mây dông không có những mũi tên gắn tên lửa để giúp chúng phóng điện, nhưng chúng lại có các tinh thể băng, một số có thể lớn hơn cả cục tẩy ở đầu bút chì. Những mảnh băng này, vốn cũng là chất dẫn điện, có thể kéo dài thành những mảnh sắc nhọn. Các nhà vật lý ước tính những mảnh băng đủ dài có thể khuếch đại cường độ điện trường lên gấp 10 lần hoặc hơn, và một loạt các hạt băng ngưng tụ giữa trời hoạt động cùng nhau có thể tạo ra hiệu quả lớn hơn nữa. Một lần nữa, bí ẩn tưởng chừng đã có lời giải.

Thế rồi, khi các nhà khoa học bắt đầu quan sát những cơn dông từ không gian, họ phát hiện ra rằng các đám mây dông còn kỳ lạ hơn rất nhiều so với chúng ta từng hình dung.

Những dòng thác lũ mất kiểm soát

Năm 1994, một vệ tinh đang tìm kiếm các vụ nổ cực mạnh trong không gian tình cờ thu được những chớp tia gamma phát ra từ các đám mây dông, thường đi kèm với sét.

Tia gamma là dạng bức xạ điện từ mang năng lượng lớn nhất. Chúng thường gắn với những sự kiện vũ trụ cực đoan, chẳng hạn giai đoạn cuối trong cuộc đời một ngôi sao đang chết hoặc vụ va chạm dữ dội giữa hai sao neutron (tức phần lõi còn sót lại của những ngôi sao khổng lồ). Đây hoàn toàn không phải thứ mà các nhà khoa học mong đợi sẽ xuất hiện trong một đám mây dông, bất kể bên trong có bao nhiêu mảnh băng sắc nhọn. Có lẽ đã có một sự kiện bất thường diễn ra trong thế giới tốc độ và dữ dội của các hạt hạ nguyên tử.

Đó cũng là khoảng thời gian Dwyer [5] chứng kiến những cơn dông dữ dội tại Florida và bắt đầu tìm hiểu bí ẩn về nguồn gốc của các tia sét. Xuất thân là một nhà vật lý thiên văn, Dwyer hiểu rõ về thế giới hạ nguyên tử và quen thuộc với công trình của C.T.R. Wilson, một chủ nhân giải Nobel. Wilson đưa ra giả thuyết rằng một electron chuyển động với vận tốc gần bằng tốc độ ánh sáng, hay còn gọi là electron tương đối tính, sẽ hầu như không vấp phải bất kỳ lực cản nào từ các nguyên tử trong không khí. Da Silva ví những hạt electron này như những viên đạn xé toạc màn tuyết rơi. Do đó, một electron có tốc độ đủ lớn khi nằm trong điện trường có thể bứt tốc lao đi ngày càng nhanh hơn.

Năm 1992, nhà vật lý người Nga Aleksandr Gurevich đã chứng minh một electron vượt tốc như vậy có thể giải phóng một chuỗi thác lũ gồm khoảng 100.000 electron, tương tự các cơn thác lũ khởi phát tia lửa điện trong phòng thí nghiệm nhưng diễn ra trên phạm vi hàng trăm đến hàng nghìn mét. Khi những electron vượt tốc tương đối tính va đập vào các phân tử không khí, chúng có thể phát ra tia gamma.

Tuy nhiên, bản thân những tương tác giữa các hạt hạ nguyên tử này dường như chưa đủ phổ biến và mạnh mẽ để giải thích lượng tia gamma lớn phát ra từ các đám mây dông. Dwyer bắt đầu hình dung một cơ chế phức tạp hơn nhiều, trong đó một đợt gia tăng electron có thể kích hoạt đợt tiếp theo, rồi đợt tiếp theo nữa, tạo thành một chuỗi phản ứng khuếch đại liên tục. Theo mô hình của ông, khi một electron đang chuyển động trong dòng thác va chạm với nguyên tử, nó có thể bị bật lệch hướng và phát ra một photon tia gamma. Photon gamma này sau đó có thể tạo thành một cặp hạt gồm electron và phản hạt tương ứng của nó, gọi là positron. Điện trường trong đám mây đẩy positron di chuyển ngược về khu vực nơi dòng thác electron bắt đầu. Tại đó, nó có thể đâm sầm vào một nguyên tử khác, kích hoạt một cơn thác lũ mới, tạo ra nhiều tia gamma hơn, nhiều positron hơn, nhiều thác lũ hơn, cứ thế tiếp diễn cho đến khi tạo ra một chớp sáng có thể nhìn thấy từ quỹ đạo.

"Nó giống như việc bạn cầm micro dí sát vào loa vậy", Dwyer ví von. "Âm thanh có thể rú lên cực lớn chỉ trong giây lát."

Chuỗi phản ứng giữa các dòng thác electron tương đối tính này không chỉ có khả năng giải thích nguồn gốc của tia gamma, mà còn có thể lý giải sự hình thành các tia sét. Khi cơn thác lũ đổ xuống, các electron tập trung ở phía trước, trong khi những ion mang điện tích dương bị bỏ lại phía sau. Sự phân tách điện tích này làm điện trường trong đám mây mạnh lên.

Thông qua các mô phỏng trên máy tính, Dwyer cho thấy chuỗi phản ứng như vậy có thể khuếch đại số lượng electron, tạo ra bức xạ gamma và làm tăng cường độ điện trường. Cùng thời gian đó, những mô phỏng chi tiết khác về các mảnh băng trong đám mây lại cho thấy chúng có lẽ không sắc nhọn đến mức cần thiết để khuếch đại điện trường như các giả thuyết trước đây. Điều này khiến lời giải thích dựa trên các hạt băng ngày càng kém thuyết phục.

Nhưng những câu hỏi quan trọng vẫn chưa được giải quyết. Liệu những cơn thác lũ tương đối tính của Dwyer có thực sự diễn ra bên trong các đám mây? Và liệu điều này có đủ sức đẩy điện trường lên tới mức tạo ra sét hay không? Giới khoa học khi đó vẫn chưa thống nhất được câu trả lời. Để kiểm chứng, các nhà nghiên cứu cần tiến gần hơn đến nơi các hiện tượng thực sự xảy ra.

Tháng 7/2023, một nhóm nhà vật lý gan dạ đã trang bị các đầu dò tia gamma lên một chiếc máy bay tầm cao của NASA và lái nó bay thẳng vào tâm của một số cơn bão hung dữ nhất hành tinh, đó là những cơn bão nhiệt đới ở Vịnh Mexico, vùng Caribe và Trung Mỹ. Chiếc máy bay đã vươn tới độ cao ở tầng bình lưu, bên trên những khu vực thời tiết nguy hiểm mà theo da Silva, "hầu hết mọi người đều muốn tránh xa bằng mọi giá".

Chiến dịch này mang tên ALOFT [6]. Các quan sát của nó đã mang lại kho dữ liệu mới đồ sộ nhất trong suốt một thế hệ qua.

Dữ liệu ALOFT [7] cho thấy các đám mây dông giống như những chiếc vạc dầu khổng lồ đang sôi sục, liên tục phát ra nhiều dạng bức xạ gamma mà các thiết bị quan sát từ không gian trước đây không đủ nhạy để phát hiện. Dự án xác nhận sự tồn tại của những đợt phát xạ gamma yếu kéo dài và những chớp gamma bất ngờ xuất hiện quanh thời điểm xảy ra sét, vốn từng được các thiết bị trên vệ tinh ghi nhận.

Nhưng ALOFT còn phát hiện ra rằng các đám mây vẫn lóe sáng ngay cả khi không có tia sét nào xuất hiện. Kỳ lạ nhất là chúng còn nhấp nháy.

"Họ đã khám phá ra cả một thế giới hiện tượng phong phú khác", Ute Ebert [8], nhà vật lý nghiên cứu sét tại Đại học Công nghệ Eindhoven, Hà Lan, nhận xét.

Người không bất ngờ trước các quan sát của ALOFT chính là Dwyer. Đón trước thông báo của nhóm ALOFT, ông đã chạy lại các mô phỏng của mình để dự đoán những gì đầu dò tia gamma của họ sẽ nhìn thấy khi bay phía trên các cơn bão. Ông đã biết từ lâu rằng các cơn thác lũ tương đối tính chắc chắn sẽ tích tụ theo chu kỳ nhấp nháy, vì vậy ông đã tính toán chính xác kiểu nhấp nháy mà các vụ va chạm hạt sẽ tạo ra. Cả hai nhóm đã trình bày kết quả của mình tại hội nghị thường niên của Liên đoàn Địa vật lý Mỹ ở San Francisco vào tháng 12/2023.Các kết quả khớp nhau một cách hoàn hảo, đây được xem là bằng chứng thuyết phục nhất tính đến thời điểm đó cho thấy những tương tác giữa các hạt hạ nguyên tử mà Dwyer mô tả thực sự đang diễn ra bên trong các đám mây dông.

Click để lật ảnh

Click để lật ảnh

Sứ mệnh ALOFT của NASA đã sử dụng máy bay trinh sát tầng cao ER-2 cùng các phi công bay trực tiếp phía trên những cơn dông nhiệt đới để phát hiện các hạt năng lượng cao và bức xạ liên quan đến sét. Ảnh: NASA/Carla Thomas

Giờ đây, các nhà lý thuyết khác vẫn đang tiếp tục phát triển mô hình dựa trên nền tảng lý thuyết này. Mùa hè 2025, Victor Pasko [9], kỹ sư điện tại Đại học Bang Pennsylvania, đã nghiên cứu chuỗi phản ứng tương tự trong những điều kiện khác nhau, chẳng hạn khi cường độ điện trường cao hơn. Ông phát hiện rằng ngay cả trong những điều kiện đó, các dòng thác electron vẫn có thể chồng chất, khuếch đại lẫn nhau và góp phần khởi phát sét [10]. Kết quả này tiếp tục củng cố cơ sở lý thuyết cho mô hình.

"Những nghiên cứu mới đang củng cố quan điểm rằng các electron năng lượng cao thực sự đóng vai trò quan trọng trong quá trình này", da Silva cho biết. "Cho đến cách đây không lâu, về cơ bản chỉ có Dwyer nói đến ý tưởng đó."

Khi tia sét lệch pha với điện trường

Chuỗi thác lũ electron năng lượng cao rất có khả năng là tác nhân khiến các đám mây phát sáng, nhấp nháy và lóe lên tia gamma. Nhưng các nhà nghiên cứu chưa thể khẳng định chắc chắn rằng chúng cũng chính là thứ châm ngòi cho tia sét. Điều khó hiểu là sét dường như bắt đầu từ một điểm duy nhất trong đám mây, trong khi các cơn thác lũ lại diễn ra trên một vùng rộng lớn hơn nhiều. Các cơn thác lũ đưa đám mây tiến sát đến những điều kiện dự kiến sẽ dẫn đến sét, nhưng chưa ai kết nối hoàn chỉnhchúng với khoảnh khắc kích hoạt một tia sét thực sự.

Ngay cả khi giả thuyết của Dwyer đang ngày càng được ủng hộ, những quan sát công bố đầu năm 2025 lại làm sống dậy một cách giải thích khác về nguồn gốc của các tia sét.

Tại sa mạc New Mexico, hai trạm quan sát được trang bị dày đặc ăng-ten đã thu lại sóng vô tuyến phát ra từ hàng chục cú sét riêng biệt. Sử dụng dữ liệu này, Xuan-Min Shao, nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos, đã tái dựng cách dòng điện di chuyển trong giai đoạn khởi đầu của những cú sét. Ông phát hiện ra có điều gì đó không ổn. Nếu một trong những chuỗi thác lũ của Dwyer, hoặc bất kỳ quá trình nào được thúc đẩy thuần túy bởi điện trường, là hạt giống gieo mầm cho tia sét, thì ngay từ đầu, tia sét sơ khai phải di chuyển hoàn toàn theo hướng của điện trường. Thế nhưng Shao lại phát hiện trong các trường hợp quan sát được, hai hướng đi lại hơi lệch nhau [11]. Sự lệch hướng nhỏ này khiến ông đặt ra một giả thuyết đáng chú ý: Nguồn gốc của một số tia sét có thể nằm ngoài Trái Đất, thậm chí ở bên ngoài Dải Ngân hà. Thủ phạm tiềm năng là những trận mưa tia vũ trụ.

Mưa tia vũ trụ là kết quả cuối cùng của những sự kiện dữ dội trong không gian, chẳng hạn các vụ nổ sao hoặc quá trình vật chất bị phóng ra từ vùng lân cận những lỗ đen đang hút vật chất. Các sự kiện đó có thể bắn những hạt vật chất, chẳng hạn một proton từ ngôi sao đang nổ hoặc một nguyên tử sắt đã mất nhiều electron từ vùng gần lỗ đen siêu khối lượng, vào không gian. Những hạt này có thể di chuyển hàng tỷ năm ánh sáng xuyên vũ trụ trước khi lao vào khí quyển Trái Đất. Khi va chạm với các phân tử trong khí quyển, chúng tạo ra những chuỗi phản ứng hạt năng lượng cao, sinh ra vô số electron, positron và các hạt khác lao xuống đám mây theo những hướng gần như ngẫu nhiên. Các electron và positron này có thể mang đủ năng lượng để đánh bật electron khỏi các phân tử không khí, khởi phát quá trình gia tăng electron theo kiểu tuyết lở, ngay cả khi điện trường trong đám mây vẫn thấp hơn nhiều so với ngưỡng tới hạn.

Đối với một số nhà vật lý, lập luận của Shao rất có sức thuyết phục. "Nó hẳn đang phản ánh hướng chuyển động của một tác nhân khác, nhiều khả năng là quá trình ion hóa do tia vũ trụ gây ra", David Smith [12] - nhà vật lý tại Đại học California, Santa Cruz - nhận xét. "Tôi thấy những dữ liệu này cực kỳ thuyết phục."

Tuy nhiên, những nhà khoa học khác cho rằng vẫn còn quá sớm để đưa ra kết luận. Kỹ thuật tái dựng của Shao vẫn chưa được kiểm chứng toàn diện, và các trận mưa tia vũ trụ vẫn chứa đựng nhiều hiện tượng vật lý hạt chưa được hiểu rõ. Điều này có thể khiến các nhà nghiên cứu dễ bị cuốn vào việc sử dụng tia vũ trụ như một "cây đũa thần" để giải thích những khoảng trống khó hiểu trong cơ chế hình thành tia sét - Brian Hare [13], nhà vật lý tại Viện Thiên văn Vô tuyến Hà Lan, cảnh báo.

Dù vậy, nếu Shao và các nhà khoa học khác bắt đầu ghi nhận thêm nhiều trường hợp tia sét phóng lệch hướng như vậy, điều đó có thể thúc đẩy các nhà lý thuyết bắt tay vào làm sáng tỏ những chi tiết trên.

"Đây là một ý tưởng rất thú vị, và đã có những dấu hiệu cho thấy nó có thể đang thực sự xảy ra", Dwyer nhận xét. "Nếu cơ chế này được chứng minh là đúng, thì mỗi khi nhìn thấy một tia chớp, chúng ta đang chứng kiến một hiện tượng có mối liên hệ vật lý với một ngôi sao đang hấp hối ở đâu đó trong thiên hà."

Những điều chưa biết

Trong vài thập kỷ qua, các nghiên cứu về sét đã đưa ra nhiều giả thuyết nhằm giải thích cách tự nhiên tạo ra những tia sét trong các đám mây có điện trường tương đối yếu. Và dù các giả thuyết này đang cạnh tranh nhau trên các công trình khoa học, chúng rất có thể lại cùng tồn tại và bổ trợ cho nhau trong thực tế. Ở một đám mây, những tinh thể băng dài và nhọn có thể đóng vai trò kích hoạt tia sét. Ở đám mây khác, một dòng thác electron năng lượng cao tạo ra bức xạ gamma có thể là yếu tố quyết định.

Cũng có thể nhiều cơ chế cùng hoạt động, phối hợp với nhau để đẩy cường độ điện trường vượt qua ngưỡng cần thiết, khiến quá trình phóng điện trở nên không thể đảo ngược. Chỉ khi có được những phép đo chính xác hơn về tia gamma và sóng vô tuyến đi kèm với sét, các nhà nghiên cứu mới hy vọng xác định được liệu có một cơ chế chiếm ưu thế, hay một tổ hợp cơ chế nào đó là phổ biến nhất trong tự nhiên.

Thế nhưng, ngay khi giới vật lý đang tiến gần hơn đến lời giải về nguồn gốc của sét, họ lại tiếp tục phát hiện những hiện tượng bất ngờ không hoàn toàn phù hợp với bất kỳ giả thuyết nào hiện có. Chẳng hạn, trong dữ liệu tia gamma mà dự án ALOFT ghi nhận, các nhà khoa học phát hiện những quy luật biến thiên rất tinh vi vẫn chưa được giải thích đầy đủ. Trong vài năm gần đây, một hệ thống kính thiên văn vô tuyến tại Hà Lan cũng đã cung cấp những hình ảnh có độ phân giải rất cao về quá trình tia sét bắt đầu phân nhánh từ điểm khởi phát. Các quan sát cho thấy một số nhánh sét phát triển cực nhanh, trong khi những nhánh khác di chuyển tương đối chậm. Một số nhánh thậm chí còn hình thành những cấu trúc nhỏ giống hình kim khi lan truyền.

Những đặc điểm này cho thấy ngay cả khi các mô hình lý thuyết ngày càng hoàn thiện, bài toán về sự hình thành tia sét vẫn có thể liên tục cần xem xét lại. "Càng quan sát, mọi thứ lại càng trở nên kỳ quặc", Dwyer kết luận. "Rõ ràng những hình dung đơn giản của chúng ta từ trước đến nay vẫn còn rất thiếu sót."

Việt Anh dịch

Tài liệu tham khảo:

[1] Vệ tinh Wind của NASA
https://wind.nasa.gov/

[2] Thông tin về Caitano da Silva
https://www.nmt.edu/academics/physics/faculty/cdasilva.php

[3] Dữ liệu vệ tinh của NASA
https://sos.noaa.gov/catalog/datasets/lightning-flash-rate/

[4] Thông tin về Michael Stock
https://www.ou.edu/ciwro/about/people/staff/michael-stock

[5] Thông tin về Joseph Dwyer
https://ceps.unh.edu/person/joseph-dwyer

[6] Thông tin về chiến dịch ALOFT
https://www.earthdata.nasa.gov/data/projects/aloft

[7] Dữ liệu của ALOFT
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07936-6

[8] Thông tin về Ute Ebert
https://www.tue.nl/en/research/researchers/ute-ebert

[9] Thông tin về Victor Pasko
https://www.eecs.psu.edu/departments/directory-detail-g.aspx?q=VPP1

[10] Phát hiện của Victor Pasko
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025JD043897

[11] Phát hiện của Xuan-Min Shao
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024JD042549

[12] Thông tin về David Smith
https://campusdirectory.ucsc.edu/cd_detail?uid=dsmith8

[13] Thông tin về Brian Hare
https://science.astron.nl/people/dr-b-brian-hare/