Lửa thánh Elmo là vầng sáng xanh tím, đôi khi kèm tiếng rít hoặc rè rè, xuất hiện ở đầu những vật nhọn như cột buồm, đỉnh cột thu lôi, mũi máy bay khi trời có dông. Nó không phải lửa: đó là phóng điện vầng quang, khi điện trường mạnh dưới mây dông dồn lại ở đầu nhọn đến mức làm không khí quanh đó bị ion hoá và phát sáng. Với người leo núi hay đứng ở chỗ cao, thấy nó là dấu hiệu sét có thể đánh rất gần, phải rời đi ngay.
Người ta đã thấy nó ở đâu
Thuỷ thủ biết hiện tượng này từ hàng nghìn năm. Pliny Già, trong bộ Lịch sử tự nhiên thế kỷ 1, đã tả những "ngôi sao" đậu trên cột buồm và mũi giáo của lính khi trời giông, người Hy Lạp – La Mã gọi chúng bằng tên hai anh em Castor và Pollux, coi là điềm lành. Tên "Elmo" đến từ thánh Erasmus, vị thánh bảo hộ người đi biển ở Địa Trung Hải. Thủy thủ tin rằng ánh sáng trên đỉnh cột là dấu hiệu thánh đang che chở họ qua cơn bão. Antonio Pigafetta, người ghi chép chuyến đi vòng quanh thế giới của Magellan đầu thế kỷ 16, cũng tả lại ánh lửa này trên cột buồm trong những đêm giông.
Ngày nay người dễ thấy nó nhất là phi công. Khi máy bay bay gần hoặc xuyên qua vùng mây dông, kính buồng lái có thể hiện những tia sáng tím ngoằn ngoèo như mạng nhện, mũi và đầu cánh máy bay phát sáng mờ. Người leo núi cao kể lại nghe rìu băng, gậy chống kêu "o o" như tổ ong, tóc dựng đứng dưới mũ. Trên đồng cỏ, đã có những ghi chép về đầu sừng bò phát sáng mờ trong đêm giông.
Ở Việt Nam, nơi dông sét nhiều vào mùa hè, hiện tượng này hiếm khi được chụp lại vì nó mờ, chỉ thấy trong đêm, và thường xuất hiện đúng lúc người ta nên trú trong nhà. Ngư dân đi biển và người làm việc trên cột viễn thông, cột điện cao có thể đã từng thấy mà không gọi tên.
Cơ chế: đầu nhọn và điện trường
Dưới một đám mây dông, đáy mây thường tích điện âm rất lớn. Mặt đất bên dưới bị cảm ứng mang điện dương. Giữa mây và đất là một điện trường mạnh, mạnh gấp hàng trăm, hàng nghìn lần so với ngày nắng đẹp.
Điện trường ấy không đều. Nó dồn lại ở các chỗ nhô lên và đặc biệt ở đầu nhọn. Lý do là điện tích trên một vật dẫn tự đẩy nhau ra xa nhất có thể, và chúng tụ dày nhất ở chỗ cong gắt nhất. Đỉnh cột buồm, đầu kim thu lôi, mũi gậy, sợi tóc đều là những chỗ như vậy. Điện trường ở đó có thể mạnh hơn môi trường xung quanh hàng chục, hàng trăm lần.
Không khí bình thường là chất cách điện. Nhưng khi điện trường đủ mạnh, vài electron tự do sẵn có trong không khí được gia tốc tới mức va vào phân tử khí và đánh bật thêm electron khác. Một electron thành hai, hai thành bốn, thành một "thác" nhỏ. Quá trình này chỉ xảy ra trong một vùng mỏng sát đầu nhọn, nơi điện trường đủ mạnh. Ra xa hơn, điện trường yếu đi, thác tắt. Kết quả là một vùng không khí phát sáng bám quanh đầu nhọn, không lan thành tia sét.
Vì sao màu xanh tím
Khi electron va vào phân tử khí, chúng đẩy phân tử lên trạng thái năng lượng cao. Phân tử rơi về trạng thái cũ thì nhả năng lượng thành ánh sáng ở những bước sóng riêng. Không khí gần 78% là nitơ, và nitơ khi bị kích thích như vậy phát mạnh ở vùng tím và tử ngoại gần. Mắt ta chỉ thấy phần tím xanh, phần tử ngoại thì không. Ôxy góp thêm một ít. Đó cũng là màu của tia lửa tĩnh điện khi cởi áo len, và màu của tia hàn hồ quang khi nhìn qua kính hàn.
Vì sao có tiếng rè rè
Phóng điện vầng quang không đều đặn mà chập chờn, bật tắt rất nhanh. Mỗi lần bật lên làm không khí nóng lên và giãn ra chút xíu, tạo thành một chuỗi xung áp suất, tức âm thanh. Tai nghe thành tiếng xèo xèo, rít, hoặc vo vo như ong.
Lửa thánh Elmo khác những thứ dễ nhầm
| Hiện tượng | Trông thế nào | Bản chất |
|---|---|---|
| Lửa thánh Elmo | Vầng sáng tím xanh bám đứng yên ở đầu vật nhọn, có thể kéo dài vài phút | Phóng điện vầng quang do điện trường dông |
| Tia sét | Tia sáng chói, ngoằn ngoèo, chỉ trong tích tắc | Phóng điện toàn phần nối mây với đất hoặc trong mây |
| Sét hòn | Quả cầu sáng trôi lơ lửng, hiếm và còn nhiều điều chưa rõ | Còn đang nghiên cứu, chưa có giải thích được thống nhất |
| Vầng quang trên dây cao thế | Ánh tím mờ dọc dây, tiếng rì rì, cả khi không có dông | Cùng cơ chế, nhưng do chính điện áp của đường dây |
| Ma trơi | Đốm sáng xanh mờ lang thang ở bãi lầy, nghĩa địa | Thường được cho là khí từ phân huỷ tự bốc cháy; chưa có giải thích chắc chắn |
Lửa thánh Elmo và tia sét có họ hàng: tia sét là khi đường phóng điện nối dài thông suốt từ mây xuống đất, còn vầng quang chỉ là phóng điện "ở mép", không đi được xa. Kim thu lôi thật ra cũng hoạt động một phần nhờ điều này: đầu nhọn của nó là chỗ điện trường mạnh nhất, nơi tia sét dễ tìm đến nhất, để dẫn dòng sét xuống đất an toàn qua dây tiếp địa.
Dấu hiệu nguy hiểm, không phải cảnh để ngắm
Trên biển, ánh sáng trên cột buồm thường xuất hiện khi cơn giông đã ở gần hoặc ngay trên đầu. Trên núi, khi người ta nghe rìu băng kêu vo vo, thấy tóc dựng đứng, da tê tê như kiến bò, đó là lúc điện trường quanh người đã rất mạnh. Các hướng dẫn an toàn leo núi ở nhiều nước coi đây là tín hiệu phải xuống thấp ngay lập tức.
- Đang ở đỉnh đồi, đỉnh núi, sân thượng, cánh đồng trống: rời chỗ cao ngay, không đứng lại xem.
- Bỏ gậy kim loại, ô cán sắt, cần câu xuống, không giơ cao.
- Vào nhà kiên cố hoặc ô tô kín mui. Lều, chòi, gốc cây đơn độc không phải chỗ trú.
- Nếu không có chỗ trú: tránh đứng cao nhất trong vùng, không nằm sõng soài, ngồi xổm khép chân, cách xa người khác vài mét.
Với máy bay thì khác: máy bay được thiết kế để chịu được phóng điện và cả sét đánh, dòng điện chạy qua vỏ kim loại ra ngoài. Trên mép cánh và đuôi có những thanh nhỏ nhọn gọi là cần xả tĩnh điện, giúp điện tích tích trên thân máy bay trong khi bay xả dần ra không khí, đỡ gây nhiễu radio.
Hiểu lầm thường gặp
- "Lửa thánh Elmo nóng và đốt cháy được." Vầng quang rất yếu, không đủ nhiệt để đốt buồm. Thứ nguy hiểm là tia sét có thể theo ngay sau.
- "Đó là điềm thánh linh." Là cách hiểu văn hoá của thuỷ thủ xưa. Ngày nay ta biết đó là hiện tượng điện, nhưng câu chuyện về thánh Elmo vẫn là một phần đẹp của văn hoá biển.
- "Kim thu lôi hút sét về nhà." Kim thu lôi không làm tăng số lần sét đánh vào vùng; nó tạo một đường dẫn sẵn để sét, nếu đánh, đi xuống đất mà không xuyên qua tường, mái.
Tự quan sát / tự thử an toàn
Đừng bao giờ ra ngoài lúc có dông để tìm lửa thánh Elmo. Hiểu nó bằng những cách sau:
- Xem tia lửa vầng quang trong nhà: trong phòng tối hôm hanh khô, chải tóc bằng lược nhựa nhiều lần rồi từ từ đưa đầu một cây kim khâu hoặc đầu chìa khoá nhọn lại gần lược. Chờ mắt thích nghi bóng tối 5 phút. Đôi khi bạn thấy một chấm sáng tím rất nhỏ ở đầu nhọn trước khi tia lửa nhảy. Đó là phiên bản tí hon của lửa thánh Elmo.
- So đầu nhọn với đầu tròn: lặp lại với một viên bi thép hoặc mặt sau chiếc thìa. Tia lửa khó nhảy hơn, phải đưa gần hơn mới có. Bạn vừa thấy điện trường dồn ở chỗ nhọn.
- Tìm ảnh và video: tìm những video do phi công quay qua kính buồng lái khi bay gần mây dông. Đó là cách an toàn nhất để thấy lửa thánh Elmo thật.
- Quan sát kim thu lôi: lần tới ở trường hoặc chùa, tìm kim thu lôi trên mái và lần theo dây dẫn xuống đất. Hiểu rằng đầu kim nhọn kia chính là chỗ lửa thánh Elmo sẽ xuất hiện nếu dông về.
Câu hỏi thường gặp
Lửa thánh Elmo là gì?
Là ánh sáng xanh tím bám ở đầu các vật nhọn như cột buồm, cột thu lôi, mũi máy bay khi có dông. Nó là phóng điện vầng quang: điện trường mạnh dưới mây dông dồn ở đầu nhọn làm không khí bị ion hoá và phát sáng. Nó không phải lửa cháy.
Vì sao gọi là lửa thánh Elmo?
Elmo là tên gọi dân gian của thánh Erasmus, vị thánh bảo hộ người đi biển ở Địa Trung Hải. Thủy thủ xưa thấy ánh sáng trên cột buồm trong bão và tin đó là dấu hiệu thánh che chở, nên đặt tên theo ngài.
Lửa thánh Elmo có nguy hiểm không?
Bản thân vầng sáng rất yếu, không đốt cháy được gì. Nhưng nó báo điện trường quanh bạn đang rất mạnh, sét có thể đánh rất gần. Người ở chỗ cao thấy tóc dựng, nghe gậy kêu vo vo phải rời đi ngay.
Lửa thánh Elmo khác sét hòn thế nào?
Lửa thánh Elmo đứng yên bám vào đầu vật nhọn và có cơ chế đã rõ là phóng điện vầng quang. Sét hòn là quả cầu sáng trôi lơ lửng, rất hiếm, cơ chế vẫn còn đang được nghiên cứu.
Máy bay gặp lửa thánh Elmo có sao không?
Không đáng ngại. Máy bay được thiết kế để điện chạy theo vỏ ngoài và có cần xả tĩnh điện ở mép cánh. Hiện tượng này chủ yếu cho phi công biết máy bay đang ở gần vùng điện trường mạnh của mây dông.
