تصاویر صاعقه در آتشفشان

آتشفشان روزنه‌ای در سطح زمین است که سنگ‌های گداخته، خاکستر و گازهای درون زمین از آن به بیرون فوران می‌کنند. فعالیت آتشفشانی با برون‌افکنی صخره‌ها، با گذشت زمان باعث پیدایش کوه‌های آتشفشانی بر سطح زمین می‌شود. آتشفشان‌ها معمولاً در نقاطی یافت می‌شوند که ورقه‌های زمین‌ساخت، همگرایی یا واگرایی دارند.

یکی از سوال‌هایی که مدت‌ها در فیزیک بی‌جواب مانده،‌ این است که چگونه ابری از گدازه های آتشفشانی می‌تواند جریان الکتریکی را از خود عبور دهد و در موارد برخورد صاعقه باعث تخلیه بار الکتریکی آن بشود. بر اساس مشاهدات، وقتی ذرات ماسه یا سایر ذرات ریز به هم می‌رسند، به نوعی بار الکتریکی تولید می‌کنند،‌ گاهی از این طریق در طوفان‌های غبار یا غبار برخاسته از خاکستر آتشفشان‌ها،‌ تخلیه بار صاعقه دیده می‌شود. چگونگی این رویداد تا مدت‌ها برای دانشمندان یک معما بود.

این یافته جدید می‌تواند در بسیاری مسائل عملکردی کمک کننده باشد. برای مثال در چسبندگی ذرات غبار باردار به صفحه‌های خورشیدی و یا در تخلیه بار الکتریکی‌های خطرناکی که گاهی هنگام فرود هلیگوپتر در صحرا اتفاق می‌افتد.

به گفته هانس هرمان، محقق مواد در زوریخ، ابرهای غبار در سیلوهای نگهداری دانه‌ها و حبوبات و در صنعت داروسازی مشکل ایجاد می‌کند و گاهی باعث روی دادن انفجار در آن‌ها می‌شود.

هرمان وقتی به این موضوع علاقه‌مند شد که زدن صاعقه به تپه‌های شنی را تماشا می‌کرد. وی در این باره می‌گوید: «فکر کردم معمولا وقتی ذرات به هم می‌رسند خنثی می‌شوند. پس چه طور ممکن است که بار الکتریکی در این ذرات این طور زیاد شود؟»

هرمان برای رسیدن به پاسخ به اتفاق همکارانش یک مدل طراحی کرد. بر اساس این مدل، ذرات قبل از برخورد صاعقه خنثی هستند اما تحت تاثیر زمینه الکتریکی محیط،‌ قطبی‌شده‌اند؛‌ قطب منفی رو به بالا و قطب مثبت رو به پایین (نسبت به زمین). به محض برخورد، ذرات یکدیگر را خنثی می‌کنند اما تا از هم جدا می‌شوند، هر کدام مجددا قطبی می‌شوند و این بار، بار الکتریکی بیشتری دارند.

برای جلوگیری از جریان یافتن بار الکتریکی در میان ابری از ذرات، یک مانع لازم است که برای مثال باعث شود برخی ذرات بار مثبت بگیرند و برخی دیگر بار منفی. فرضیه ذراتی که از نظر اندازه با هم یکی نباشند،‌ در این شرایط ممکن است جواب بدهد. در مورد ذرات هم‌اندازه هم، دست کم این فرضیه به یک سوال دیرینه جواب می‌دهد.

با این که معماهای بسیار در این مورد باقی مانده است، ‌مانند این که زمینه الکتریکی محیط از کجا می‌آید. اما این پژوهشگران از نتیجه کار خود بسیار خرسندند و آن را آغازی برای حل بسیاری مسائل و مشکلات کاربردی می‌دانند.