ฟ้าคะนอง

คนกรีกโบราณเชื่อว่า เวลาก้อนเมฆชนกัน พลังปะทะทำให้เกิดเสียงและเรียกฟ้าร้อง ฟ้าแลบตามลำดับ ส่วนเหตุการณ์ฟ้าผ่านั้นเกิดยามองค์เทพ Zeus ทรงใช้พระแสงสายฟ้าฟาดฟันประหารศัตรู สำหรับคนไทยโบราณเชื่อว่า ฟ้าแลบเกิดเวลานางเมขลาเอาแก้วมาล่อรามสูร และฟ้าผ่าอุบัติยามขวานที่รามสูรขว้างตกลงบนโลก

แต่ความรู้วิทยาศาสตร์ ณ วันนี้แสดงให้เห็นชัดว่า ปรากฏการณ์ฟ้าแลบก็ดี ฟ้าร้องก็ตาม หรือฟ้าผ่าก็สุดแท้แต่ เกิดจากการไหลของประจุไฟฟ้าในก้อนเมฆหนึ่งสู่อีกก้อนเมฆหนึ่ง หรือสู่ดิน หรือจากดินขึ้นสู่ฟ้าก็ได้

ตามปกติเวลาเรากล่าวถึงเหตุการณ์ฟ้าผ่า คนส่วนใหญ่มักนึกถึงกรณีฟ้าผ่าคนและตึกราม และมักคิดว่าไม่มีใครหรือสถานที่ใดจะถูกฟ้าผ่าซ้ำสอง แต่ความจริงก็มีว่า ฟ้าสามารถผ่าสถานที่ซ้ำได้หลายครั้ง (แต่ใครก็ตามที่ถูกฟ้าผ่าก็ไม่ถูกซ้ำ เพราะได้ตายไปเรียบร้อยแล้ว) สถิติชี้บอกว่า ทุกปีทั่วโลกมีคนถูกฟ้าผ่าตายนับพัน เฉพาะในสหรัฐอเมริกาทุกปีมีผู้เสียชีวิตเพราะถูกฟ้าผ่าประมาณ 85 คน และประเทศได้รับความเสียหายประมาณปีละ 3,200 ล้านบาท สืบเนื่องจากการที่เสาไฟฟ้าหรือตึกระฟ้าถูกสายฟ้าฟาดสม่ำเสมอ หรือเวลาฟ้าผ่าต้นไม้ในป่าจะเกิดไฟป่า หรือเวลาเสาไฟถูกฟ้าผ่าระบบการขนส่งไฟฟ้าจะถูกทำลายจนกระแสไฟฟ้าดับ ส่วนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เวลาถูกฟ้าผ่า ระบบการทำงานของเครื่องก็อาจถูกทำลายจนทำงานไม่ได้ และนี่ก็คือเหตุผลที่อธิบายว่า เวลา NASA จะปล่อยจรวดหรือยานอวกาศ ศูนย์ควบคุมจะไม่ปล่อยยานสู่ท้องฟ้า จนกระทั่งท้องฟ้าแจ่มใสปราศจากเมฆ ส่วนเครื่องบินนั้นก็มีสิทธิ์ถูกฟ้าผ่าได้เช่นกันหากบินเวลาฟ้าคะนอง ซึ่งถ้าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในยานถูกฟ้าผ่าจนไม่สามารถติดต่อกับศูนย์บังคับภาคพื้นดินได้ ผู้โดยสารในเครื่องบินลำนั้นก็มีโอกาสไปสวรรค์ทันทีโดยไม่ต้องแวะวัดให้เสียเวลา

สำหรับวิธีป้องกันฟ้าผ่านั้น เราจำเป็นต้องรู้ว่า ฟ้าผ่าเกิดจากการไหลของประจุไฟฟ้าที่มีในก้อนเมฆสู่ดิน และกระแสนี้อาจมากถึง 100 กิโลแอมแปร์ ดังนั้น เวลาฟ้าคะนอง สถานที่หนึ่งที่ปลอดภัยคือในรถ เพราะได้มีการทดลองพบว่า ถ้าตัวถังรถทำด้วยโลหะ เวลารถถูกฟ้าผ่ากระแสไฟฟ้าจะถูกตัวถังรถนำลงดินหมด (หรือหากอยู่ในบ้าน ถ้าสามารถกระโดดเข้าไปอยู่ในตู้เย็นได้ก็จะปลอดภัย เพราะตู้เย็นทำด้วยโลหะเช่นกัน แต่ระวังจะเปิดกลับออกมาไม่ได้) หรือเวลายืนอยู่กลางทุ่งหรือที่โล่ง ควรนอนราบลงกับพื้นหรือหาสถานที่หลบ (แต่ไม่ใช่ต้นไม้ หรือเจดีย์) หรือหลบเข้าอาคาร และควรยืนตรงกลางๆ อาคาร โดยไม่ยืนใกล้กำแพง หรือฝาผนังเลย และไม่ควรลงว่ายน้ำในสระเพราะน้ำนำกระแสไฟฟ้าได้ดี

ในกรณีที่เห็นคนถูกฟ้าผ่า เราก็ควรตระหนักว่าการมีกระแสไฟฟ้าปริมาณมหาศาลไหลผ่านร่างกายทำให้ระบบหายใจ ระบบประสาท และกล้ามเนื้อของคนคนนั้นหยุดทำงานทันที ดังนั้น ถ้าเขาไม่ได้รับการบำบัดรักษาทันควันเขาก็จะตาย ด้วยเหตุนี้ขั้นตอนแรกของการรักษาพยาบาลคนที่ถูกฟ้าผ่าคือ ต้องช่วยให้เขาสามารถหายใจได้ทันทีทันใด แต่เมื่อเนื้อตัวเขาไหม้เกรียม การเห็นเช่นนี้มักทำให้หลายคนคิดว่าร่างกายเขามีไฟเต็ม จึงไม่กล้าช่วยใดๆ แต่ในความเป็นจริงนั้น กระแสไฟฟ้าได้ไหลผ่านร่างกายเขาไปหมดแล้ว และเนื้อที่ไหม้นั้น หมอก็สามารถรักษาให้ดีขึ้นได้ ดังนั้น ผู้เห็นเหตุการณ์จึงสามารถช่วยผู้เคราะห์ร้ายได้โดยไม่ต้องกังวลใดๆ

และสำหรับคำถามที่ว่าประจุไฟฟ้าในก้อนเมฆถือกำเนิดจากที่ใดนั้น นักวิทยาศาสตร์ได้อธิบายว่า เวลาหยดน้ำฝนหรือลูกเห็บขนาดใหญ่ถูกโลกดึงดูดให้ตกผ่านหยดน้ำขนาดเล็ก หรือเกล็ดน้ำแข็งเล็กๆ การปะทะกันระหว่างอนุภาคขนาดใหญ่ที่กำลังตกกับหยดน้ำขนาดเล็กที่ลอยในอากาศ ทำให้เกิดการเสียดสีจึงมีการถ่ายเทประจุบวกสู่หยดน้ำขนาดเล็กในเมฆ และประจุลบสู่หยดน้ำขนาดใหญ่ ซึ่งจะตกสู่เบื้องล่างของก้อนเมฆ ดังนั้น บริเวณส่วนล่างของเมฆจึงมีประจุไฟฟ้าลบ และส่วนบนของก้อนเมฆมีประจุไฟฟ้าบวก นอกจากนี้ เวลารังสีคอสมิกจากนอกโลกพุ่งกระทบโมเลกุลของไนโตรเจน และออกซิเจนในอากาศ การมีพลังงานสูงมากทำให้โมเลกุลของธาตุทั้งสองแตกตัวเป็นประจุบวกกับประจุลบ ซึ่งจะแยกตัวจากกันสู่ด้านบน และด้านล่างของก้อนเมฆ ดังนั้น เมื่อก้อนเมฆจะมีประจุสะสมมากขึ้นๆ มีผลทำให้ความต่างศักย์ระหว่างประจุลบบนฟ้ากับประจุบวกที่เกิดจากการเหนี่ยวนำบนดินเพิ่มขึ้นๆ จนในที่สุดสนามไฟฟ้าที่มีความเข้มสูงจะขับอิเล็กตรอนให้ไหลจากเมฆลงดิน และขณะกระแสอิเล็กตรอนไหลผ่านอากาศ ประจุปริมาณมากจะทำให้อากาศแตกตัวและขยายตัวเกิดแสง และเสียงเป็นฟ้าแลบ และฟ้าร้อง จนคนที่อยู่ภายในรัศมี 30 กิโลเมตรจากบริเวณเกิดเหตุสามารถได้ยินเสียงได้ และเพราะเหตุว่ากระแสไฟฟ้าชอบไหลผ่านสสารที่มีความต้านทานน้อยที่สุด ดังนั้น ฟ้าจะผ่าตรงบริเวณที่มีความต้านทานน้อยที่สุด เมื่อเปรียบเทียบกับบริเวณใกล้เคียง

นักอุตุนิยมวิทยาประมาณว่า ทั่วโลกมีพายุฟ้าคะนองวันละ 44,000 ครั้ง และทุกวินาทีมีฟ้าแลบ 100 ครั้ง และฟ้ามักผ่าอาคารบ้านเรือนที่ตั้งอยู่โดดๆ ในชนบท ส่วนอาคารในเมืองมักไม่ถูกฟ้าผ่า เพราะอาคารหรืออนุสาวรีย์เหล่านี้มีสายล่อฟ้าป้องกัน

ด้านนักนิเวศวิทยาก็รู้ว่า ปรากฏการณ์ฟ้าแลบและฟ้าผ่ามีประโยชน์บ้าง เพราะเวลาฟ้าแลบนั่นแสดงว่า โมเลกุลของไนโตรเจน และออกซิเจนกำลังแตกตัวซึ่งมีผลให้น้ำฝนที่ตกในบริเวณนั้นนำธาตุไนโตรเจนและออกซิเจนลงสู่ดินเป็นปุ๋ยให้พืชเจริญงอกงาม

ส่วนนักฟิสิกส์นั้น ตระหนักดีว่าความรู้เกี่ยวกับธรรมชาติของฟ้าที่ตนมียังไม่ถึงระดับที่น่าพอใจ ดังนั้น ตลอดระยะเวลา 11 ปีที่ผ่านมานี้ ที่ Center for Lightning Research and Testing ที่ Camp Blanding ทางตอนเหนือของรัฐ Florida ในสหรัฐอเมริกา จึงมีการทดลองวิจัยและศึกษาปรากฏการณ์ฟ้าคะนองอย่างจริงจัง

ศูนย์วิจัยซึ่งอยู่ในความดูแลรับผิดชอบของมหาวิทยาลัย Florida ที่ Gainesville นี้มีพื้นที่ 100 ไร่ มีหอคอยสูง 12 เมตร และมีฐานยิงจรวด 8 ฐาน ซึ่งนักวิจัยใช้ในการยิงจรวดขึ้นท้องฟ้า และที่ปลายของตัวจรวดมีลวดยาวห้อย เพื่อศึกษาเหตุการณ์ฟ้าแลบ ฟ้าร้อง และฟ้าผ่า ทั้งนี้เพราะ Florida เป็นสถานที่ที่ถูกฟ้าผ่าบ่อยที่สุดในโลก นอกจากนี้ ศูนย์วิจัยยังมีอุปกรณ์ตรวจวัดความเข้มสนามไฟฟ้า ณ บริเวณต่างๆ ทั่วศูนย์ เพื่อวิเคราะห์ดูว่าบริเวณใดจะถูกฟ้าผ่าบ้าง และเมื่อใด

ดังนั้น เมื่อเจ้าหน้าที่ประจำศูนย์ตรวจพบว่าฟ้าใกล้จะผ่าเต็มที เขาก็จะยิงจรวดที่มีลวดห้อยยาว 700 เมตร ขึ้นสู่ท้องฟ้าทันที เมื่อจรวดสัมผัสส่วนล่างของก้อนเมฆ ประจุลบจะไหลตามลำจรวดลงตามเส้นลวด ซึ่งจะทำให้เกิดปรากฏการณ์ฟ้าแลบ และฟ้าร้องภายในเวลา 0.002 วินาที ที่นานพอให้นักวิจัยสามารถศึกษารายละเอียดได้ เพราะเหตุว่าเมื่อประจุลบเคลื่อนที่ลงตามเส้นลวด ประจุนี้จะเหนี่ยวนำให้เกิดประจุบวกบนพื้นดิน ซึ่งจะมีมากขึ้นๆ จนทำให้กระแสไฟจากพื้นดินไหลขึ้นสู่ลวดได้ ปริมาณประจุที่มากมหาศาลจะทำให้ลวดร้อนมาก จนมีอุณหภูมิสูงตั้งแต่ 8,000-33,000 องศาเซลเซียส นั่นคือในที่สุดลวดจะถูกเผาไหม้เป็นจุณ

การศึกษาปรากฏการณ์ฟ้าผ่าและฟ้าแลบที่นักวิทยาศาสตร์ประดิษฐ์ขึ้นนี้ ทำให้นักฟิสิกส์รู้ว่าในปรากฏการณ์นี้มีการปล่อยรังสีเอกซ์ออกมาด้วย และความเข้มของรังสีนี้ก็พอๆ กับความเข้มของรังสีเอกซ์ที่ทันตแพทย์ใช้ในการถ่ายรูปฟัน

ในฤดูร้อนของปี พ.ศ. 2546 คณะนักวิจัยได้พบว่า นอกจากรังสีเอกซ์แล้วปรากฏการณ์ฟ้าคะนองยังทำให้เกิดรังสีแกมมาด้วย แต่รังสีแกมมาที่เกิดนี้มักถูกเมฆในท้องฟ้าดูดกลืน ดังนั้น การตรวจวัดรังสีแกมมาที่เกิดจากปรากฏการณ์ฟ้าแลบในห้องทดลองบนดินจึงทำได้ยาก จนกระทั่งถึงวันนี้ก็ไม่มีใครแน่ใจว่า รังสีเอกซ์และรังสีแกมมาเกิดจากสาเหตุอะไร แต่คณะนักวิจัยก็คิดว่า เวลาอิเล็กตรอนในก้อนเมฆถูกสนามไฟฟ้าความเข้มสูงเร่ง มันจะมีความสูงมากจนเกือบเท่าความเร็วแสง ดังนั้น เวลาอิเล็กตรอนพลังงานสูงเหล่านี้พุ่งชนโมเลกุลของอากาศ มันจะทำให้อิเล็กตรอนในโมเลกุลของอากาศกระจัดกระจาย ซึ่งจะนำไปสู่การปล่อยรังสีเอกซ์ และรังสีแกมมาออกมา

เมื่อเดือนธันวาคมที่ผ่านมานี้ Vladimir A. Rakov และ Martin A. Uman ได้เรียบเรียงหนังสือชื่อ Lightning : Physics and Effects ซึ่งจัดพิมพ์โดย Cambridge University Press, New York และหนังสือนี้ได้กล่าวถึงธรรมชาติของปรากฏการณ์ฟ้าคะนองไว้อย่างน่าสนใจมาก จนทำให้เรารู้ว่า เวลาคุณได้ยินเสียงฟ้าร้องและเห็นฟ้าแลบ นั่นแสดงว่าคุณจะไม่ถูกฟ้าผ่า แต่ถ้าคุณไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง และไม่เห็นฟ้าแลบใดๆ เลย นั่นแสดงว่า คุณถูกฟ้าผ่าเรียบร้อยแล้วครับผม

สุทัศน์ ยกส้าน ภาคีสมาชิก ราชบัณฑิตยสถาน