บันทึกนี้เป็นตอนที่ 3 ของบทความต่อเนื่องขนาดยาว
ซึ่งจะทยอยนำเสนอเป็นระยะจนสมบูรณ์

ประเด็นที่แล้ว : ฟ้าผ่ามีระยะที่สามารถทำอันตรายได้ไกลแค่ไหน?

ประเด็นต่อจากนี้ : อุปกรณ์ตรวจจับฟ้าผ่ามีหน้าตาอย่างไร?


3. ลำดับขั้นตอนการเกิดฟ้าผ่าเป็นอย่างไร?

ตอบ : แม้ว่าสายตาของเราจะเห็นสายฟ้าเพียงแว่บเดียวระดับเสี้ยววินาที แต่จากการศึกษาโดยใช้กล้องความเร็วสูงจับภาพ ประกอบกับความรู้ทางฟิสิกส์ทำให้ทราบว่า การเกิดฟ้าผ่ามีขั้นตอนค่อนข้างซับซ้อน โดยความต่างศักย์ระหว่างฐานเมฆกับพื้นดินจะต้องสูงกว่า 9,000 โวลต์ต่อเมตร จึงจะเอาชนะความต้านทานไฟฟ้าของอากาศได้


แผนภาพต่อไปนี้แสดงขั้นตอนการเกิดฟ้าผ่าแบบลบ
        

1) อิเล็กตรอน (ซึ่งมีประจุลบ) กลุ่มแรกเคลื่อนที่ออกจากบริเวณฐานเมฆลงมา เรียกว่า กระแสนำกรุยทาง (pilot leader) ตามมาด้วยอิเล็กตรอนอื่นๆ ที่เคลื่อนที่ลงมาในลักษณะซิกแซ็กและตกแขนงเป็นขั้นๆ เรียกว่า กระแสนำแบบขั้น (stepped leader)

กระแสนำแบบขั้นแต่ละขั้นยาวประมาณ 50 เมตร และจะคงอยู่นานราว 1 ไมโครวินาที (1 ไมโครวินาที = 1 ในล้านของวินาที) ระหว่างกระแสแต่ละขั้นจะมีช่วงหยุดสั้นๆ ราว 50 ไมโครวินาที โดยกระแสจะเลือกทิศทางใหม่ที่จะพุ่งออกไป

นี่เองทำให้สายฟ้ามีลักษณะซิกแซ็ก

2) เมื่อกระแสนำแบบขั้นลงมาใกล้พื้น มันจะดึงดูดให้ประจุบวกบนพื้นไหลขึ้นมาใกล้ๆ โดยในที่นี้ประจุบวกไหลขึ้นมาตามต้นไม้และหลังคาบ้าน กระแสไฟที่เกิดจากประจุบวกนี้เรียกว่า กระแสสตรีมเมอร์ (streamer)

3) เมื่อกระแสนำแบบขั้น (ประจุลบ) และกระแสสตรีมเมอร์ (ประจุบวก) เคลื่อนมาพบกัน (ที่ความสูงจากพื้นดินในช่วง 30-100 เมตร) ก็จะทำให้ประจุลบเคลื่อนที่ลงไป  ในขณะเดียวกันประจุบวกก็จะเริ่มไหลจากพื้นดินสวนขึ้นไปตามช่องทางที่ประจุลบเคลื่อนที่ลงมาก่อนหน้านี้แล้ว


4) กระแสไฟฟ้าประจุบวกที่ไหลขึ้นนี้เรียกว่า กระแสโต้กลับ (return stroke) ประจุบวกในกระแสโต้กลับนี้เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วสูงมากถึง 96,000 กิโลเมตร/วินาที (ประมาณ  1/3 ของอัตราเร็วแสงในสุญญากาศ) 


น่ารู้ไว้ว่าแสงสว่างของสายฟ้าที่เราเห็นขณะเกิดฟ้าผ่าเกิดจากกระแสโต้กลับนี้เอง

 

5) หากภายในก้อนเมฆยังมีประจุลบเหลืออยู่ ก็เป็นไปได้ว่า ประจุเหล่านี้จะถ่ายเทลงมาอีก แต่คราวนี้จะเรียกว่า กระแสนำฉับพลัน (dart leader) เพราะจะไหลลงมาตามช่องทางเดิมที่มีอยู่ก่อนแล้ว (ไม่ซิกแซ็กแตกแขนงเหมือนกระแสนำแบบขั้น)

เมื่อกระแสนำฉับพลันลงมาใกล้พื้น ก็จะเหนี่ยวนำกระแสสตรีมเมอร์ชุดใหม่จากพื้นอีกครั้ง
กระบวนการถ่ายเทประจุตามเส้นทางของสายฟ้าในเส้นแรกนี้อาจเกิดขึ้นได้หลายครั้งภายในเวลาไม่ถึงครึ่งวินาที ทำให้สายฟ้าดูเหมือนกระพริบ

    

 

ตัวอย่างเหตุการณ์จำลองนี้ช่วยให้เราเข้าใจว่า
ทำไมสายฟ้าจึงมักผ่าสิ่งที่มีลักษณะสูงและยอดแหลมในบริเวณหนึ่งๆ
เช่น ต้นไม้ใหญ่ เสาไฟฟ้า และเสาอากาศหรือสายล่อฟ้าบนหลังคาบ้าน เป็นต้น