पावसाळ्यात आकाश काळं होतं, ढगांचा आवाज वाढतो आणि अचानक आकाश अक्षरशः फाटल्यासारखं वाटतं. कडकडाट आणि विजेची चमक! त्या क्षणी आपल्याला फक्त एक चमक दिसते. पण त्या एका क्षणाच्या आधी ढगाच्या आत बरंच काही घडलेलं असतं. हजारो मीटर उंच असलेल्या त्या ढगात पाण्याचे थेंब, बर्फाचे कण, गारपीट आणि जोरदार वारे सतत एकमेकांमध्ये धडकत असतात. आणि या गोंधळातूनच विजेसाठी लागणारा विद्युतभार तयार होण्याची प्रक्रिया सुरू होते.
सगळ्याची सुरुवात उष्ण आणि ओलसर हवा वर जाण्यापासून होते. ही हवा वर गेल्यावर थंड होते आणि तिच्यातील पाण्याची वाफ सूक्ष्म थेंबांमध्ये बदलते. वादळाचा ढग मात्र तिथेच थांबत नाही; त्याची उंची वाढत जाते आणि वरच्या अतिथंड भागात पाण्याचे थेंब गोठून बर्फाचे कण तयार होतात. काही कण मोठे होत जाऊन गारांसारखे बनतात, तर छोटे बर्फाचे कण वरच्या दिशेने वाहत राहतात.
वादळी ढगाच्या आत हवा फक्त वर जात नसते. काही ठिकाणी ती वेगाने वर जाते, तर काही ठिकाणी खाली येते. म्हणजेच ढगाच्या आत एक प्रकारचा प्रचंड हवेचा traffic सुरू असतो. या प्रवाहामुळे बर्फाचे छोटे कण आणि मोठे बर्फाचे/गारांचे कण सतत एकमेकांना धडकतात. या धडकांदरम्यान इलेक्ट्रॉन्सचे हस्तांतरण होऊ शकते आणि वेगवेगळ्या कणांवर विरुद्ध विद्युतभार तयार होतात.
मग ढगाची “Battery” कशी तयार होते?
हे एखाद्या साध्या battery सारखं समजून घेता येईल. पण ढग म्हणजे battery नाही, ही फक्त समजायला सोपी तुलना आहे. हलके बर्फाचे कण जोरदार वरच्या हवेबरोबर वर जातात, तर जड graupel किंवा गारांचे कण तुलनेने खाली राहतात. त्यामुळे विरुद्ध विद्युतभार ढगाच्या वेगवेगळ्या भागात जमा होऊ लागतात. सामान्यतः ढगाचा वरचा भाग अधिक positive आणि मधला/खालचा भाग अधिक negative होतो.
आता कल्पना करा एका प्रचंड ढगाच्या आत दोन विरुद्ध प्रकारचे विद्युतभार वेगळे झाले आहेत. त्यांच्यातील फरक वाढत जातो आणि ढगातील विद्युत क्षेत्र अधिक मजबूत होतं. पण तरीही वीज लगेच चमकत नाही. कारण हवा स्वतः चांगली विद्युतरोधक (insulator) आहे. त्यामुळे charge कितीही वाढला तरी सुरुवातीला हवा विद्युतप्रवाहाला सहज मार्ग देत नाही.
पण एका टप्प्यावर परिस्थिती बदलते.
विद्युतभारातील फरक इतका वाढतो की हवेची insulating क्षमता तुटू लागते. म्हणजेच हवा अचानक विद्युतप्रवाहासाठी conductive path तयार करण्याच्या स्थितीत येते. हा मार्ग ढगाच्या आत दोन विरुद्ध charged भागांमध्ये तयार होऊ शकतो किंवा ढग आणि जमिनीच्या दरम्यान तयार होऊ शकतो. त्यामुळे आपल्याला दिसणारी प्रत्येक वीज जमिनीवरच पडते असं नाही. वादळाच्या ढगाच्या आतही lightning मोठ्या प्रमाणावर होऊ शकते.
पण जमिनीवर वीज नेमकी का येते?
इथे आणखी एक भन्नाट गोष्ट घडते.
वादळाच्या ढगाच्या खालच्या भागात negative charge मोठ्या प्रमाणात जमा झाला की त्याचा परिणाम जमिनीवर होतो. ढगाखालील जमिनीवरील negative charges दूर ढकलले जातात आणि पृष्ठभाग अधिक positive होतो. त्यामुळे ढग आणि जमिनीमध्ये विरुद्ध charges ची आकर्षणाची परिस्थिती तयार होते. उंच झाडं, इमारती आणि इतर वस्तू या विद्युत क्षेत्राशी जोडलेल्या असतात.
मग lightning चा मार्ग तयार होण्याची प्रक्रिया सुरू होते. ढगातून एक अतिशय वेगाने पुढे जाणारा, तुकड्यांत खाली सरकणारा stepped leader तयार होऊ शकतो. तो जमिनीच्या दिशेने येताना वरच्या वस्तूंकडून positive streamers वरच्या दिशेने वाढू शकतात. यापैकी एखादा मार्ग जोडला गेला की विद्युतप्रवाहासाठी channel तयार होतो आणि आपल्याला आकाशात दिसतो तो प्रचंड तेजस्वी flash.
आणि इथे एक छोटासा धक्का देणारा fact आहे. आपण जी “एक वीज” पाहतो ती नेहमी फक्त एकच electrical stroke असेल असं नाही. एका lightning flash मध्ये अनेक strokes होऊ शकतात. काही strokes अतिशय कमी अंतराने त्याच channel मधून पुन्हा होतात, त्यामुळे आपल्याला वीज चमकत असल्यासारखी किंवा flicker होत असल्यासारखी दिसू शकते.
मग कडकडाट कुठून येतो?
वीज चमकल्यानंतर काही क्षणांनी ऐकू येणारा आवाज वेगळ्या घटनेमुळे तयार होत नाही. तोही त्याच lightning चाच परिणाम आहे.
Lightning channel भोवतालची हवा अत्यंत वेगाने तापवते. तापमान सुमारे 30,000°C पर्यंत पोहोचू शकतं. एवढ्या वेगाने तापलेली हवा अचानक विस्तारते आणि त्यातून shock wave तयार होते. हाच धक्क्याचा आवाज वातावरणातून आपल्या कानापर्यंत पोहोचतो आणि आपल्याला तो गडगडाट किंवा thunder म्हणून ऐकू येतो.
म्हणूनच वीज आधी दिसते आणि आवाज नंतर ऐकू येतो. प्रकाशाचा वेग ध्वनीपेक्षा प्रचंड जास्त असल्यामुळे lightning flash जवळजवळ लगेच डोळ्यांपर्यंत पोहोचतो, पण thunder चा आवाज तुलनेने हळू प्रवास करतो.
आणखी एक गोष्ट लक्षात ठेवण्यासारखी आहे. ढगातून जमिनीवर येणारी प्रत्येक वीज एकाच प्रकारची नसते. बहुतेक cloud-to-ground lightning मध्ये ढगातील negative charge आणि जमिनीवरील positive charge यांचा discharge होतो. पण काही वेळा positive lightning देखील होऊ शकते, ज्यात ढगाच्या वरच्या positive भागाशी संबंधित discharge जमिनीपर्यंत पोहोचतो.
शेवटी, एका विजेच्या चमकेत नेमकं काय घडलं?
आपल्याला आकाशात फक्त एक चमक दिसते. पण तिच्या मागे एक पूर्ण chain reaction असते. उष्ण ओलसर हवा वर जाते, मोठा वादळी ढग तयार होतो, त्याच्या आत पाणी-बर्फ-गारांचे कण सतत फिरतात, त्यांच्या collisions मुळे charges वेगळे होतात, positive आणि negative भाग तयार होतात, विद्युत क्षेत्र मजबूत होतं आणि एका टप्प्यावर हवा विद्युतप्रवाहाला मार्ग देऊ लागते. मग त्या तयार झालेल्या channel मधून प्रचंड विद्युत discharge होतो आणि आपल्याला दिसते वीज.
आणि इथे Science अजूनही पूर्ण झालेलं नाही. वादळी ढगात charge separation कसा सुरू होतो याची मूलभूत कल्पना आपल्याला माहीत आहे, पण त्या प्रक्रियेतील प्रत्येक सूक्ष्म पायरी पूर्णपणे समजलेली नाही. विशेषतः वेगवेगळ्या तापमानांवर ice crystals, graupel आणि अतिथंड पाण्याचे थेंब यांच्या collisions मध्ये charge transfer नेमका कसा बदलतो, यावर अजूनही संशोधन सुरू आहे.
म्हणजे पुढच्या वेळी आकाशात वीज चमकली, तर फक्त “पाऊस येणार” एवढंच समजू नका. त्या एका flash आधी आकाशात तयार झालेली ती प्रचंड electric story काही सेकंदांत आपल्या डोळ्यांसमोर येऊन जाते.
THE FACT BITES सोबत आणखी जाणून घ्या.
😱Déjà Vu म्हणजे काय? मेंदूला एखादी जागा आधी पाहिल्यासारखी का वाटते?
🤯आपल्याला स्वप्नं का पडतात? विज्ञान काय सांगतं?