একটি বজ্রপাতের তাপমাত্রা সূর্যের পৃষ্ঠের চেয়েও বেশি হতে পারে কীভাবে? বজ্রবিদ্যুতের ভেতরের বিস্ময়কর বিজ্ঞান

বজ্রপাতের সময় আকাশে যে তীব্র আলোর রেখা দেখা যায়, সেটি কয়েক মুহূর্তের জন্য এমন এক চরম ভৌত পরিবেশ সৃষ্টি করে, যার তাপমাত্রা সূর্যের দৃশ্যমান পৃষ্ঠের তাপমাত্রাকেও অনেকখানি ছাড়িয়ে যেতে পারে। প্রথমবার শুনলে বিষয়টি অবিশ্বাস্য মনে হওয়াই স্বাভাবিক। যে সূর্য কোটি কোটি কিলোমিটার দূর থেকে পৃথিবীকে আলো ও তাপ দেয়, তার পৃষ্ঠের চেয়েও পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলে তৈরি হওয়া একটি ক্ষণস্থায়ী বজ্রপাত কীভাবে বেশি উত্তপ্ত হতে পারে? এর উত্তর লুকিয়ে আছে তাপমাত্রা ও মোট তাপশক্তির পার্থক্য, বায়ুর বৈদ্যুতিক ভাঙন, আয়নীকরণ, প্লাজমা সৃষ্টি এবং অত্যন্ত অল্প সময়ে বিপুল বৈদ্যুতিক শক্তি একটি সরু পথে প্রবাহিত হওয়ার মধ্যে।

সূর্যের যে উজ্জ্বল অংশ আমরা সাধারণভাবে পৃষ্ঠ হিসেবে দেখি, তার তাপমাত্রা প্রায় ৫ হাজার ৫০০ ডিগ্রি সেলসিয়াসের কাছাকাছি। অন্যদিকে একটি শক্তিশালী বজ্রপাতের প্রধান বিদ্যুৎপথের তাপমাত্রা অত্যন্ত অল্প সময়ের জন্য প্রায় ৩০ হাজার ডিগ্রি সেলসিয়াসের কাছাকাছি পৌঁছাতে পারে। অর্থাৎ বজ্রপাতের বিদ্যুৎপথ সূর্যের দৃশ্যমান পৃষ্ঠের তুলনায় প্রায় পাঁচ গুণের মতো বেশি উত্তপ্ত হতে পারে। তবে এই তুলনাটি বুঝতে একটি বিষয় শুরুতেই পরিষ্কার রাখা জরুরি—এর অর্থ মোটেও এই নয় যে বজ্রপাত সূর্যের চেয়ে বেশি শক্তিশালী বা সূর্যের সামগ্রিক তাপমাত্রা বজ্রপাতের চেয়ে কম।

তাপমাত্রা মূলত কোনো পদার্থের কণাগুলোর গড় গতিশক্তির সঙ্গে সম্পর্কিত একটি পরিমাপ। অন্যদিকে কোনো বস্তুতে মোট কত তাপশক্তি রয়েছে, তা নির্ভর করে তার তাপমাত্রার পাশাপাশি পদার্থের পরিমাণসহ আরও বিভিন্ন বিষয়ের ওপর। একটি অতি ক্ষুদ্র পরিমাণ গ্যাসকে অত্যন্ত উচ্চ তাপমাত্রায় নিয়ে যাওয়া সম্ভব, অথচ তার মোট শক্তি একটি বিশাল কিন্তু তুলনামূলক কম তাপমাত্রার বস্তুর মোট শক্তির তুলনায় নগণ্য হতে পারে। বজ্রপাত ও সূর্যের তুলনার ক্ষেত্রে ঠিক এই বিষয়টিই ঘটে।

বজ্রপাতের উত্তপ্ত অংশটি অত্যন্ত সরু এবং ক্ষণস্থায়ী। বিপরীতে সূর্য একটি অকল্পনীয় বিশাল নক্ষত্র। তার দৃশ্যমান পৃষ্ঠের নিচে প্রবেশ করলে তাপমাত্রা ক্রমাগত বাড়তে থাকে এবং কেন্দ্রে তা প্রায় দেড় কোটি ডিগ্রি সেলসিয়াসে পৌঁছায়। তাই শুধু সূর্যের দৃশ্যমান পৃষ্ঠের সঙ্গে বজ্রপাতের ক্ষণস্থায়ী বিদ্যুৎপথের তাপমাত্রার তুলনা করা যায়। সূর্যের সম্পূর্ণ অংশ বা কেন্দ্রের সঙ্গে তুলনা করলে বজ্রপাত অনেক পিছিয়ে পড়ে।

কিন্তু বজ্রপাতের বিদ্যুৎপথ এত উত্তপ্ত হয় কীভাবে? এর সূচনা ঘটে বজ্রমেঘের ভেতরে। শক্তিশালী ঊর্ধ্বমুখী ও নিম্নমুখী বায়ুপ্রবাহের কারণে মেঘের মধ্যে বরফকণা, অতিশীতল পানির ফোঁটা এবং নরম শিলাবৃষ্টির কণার মধ্যে বারবার সংঘর্ষ ঘটে। এই জটিল প্রক্রিয়ায় বৈদ্যুতিক আধানের বিচ্ছিন্নতা তৈরি হয়। সাধারণভাবে বজ্রমেঘের বিভিন্ন অঞ্চলে বিপরীত বৈদ্যুতিক আধান জমতে থাকে। মেঘের নিচের অংশে বিপুল ঋণাত্মক আধান জমলে তার প্রভাবে নিচের ভূমিতেও বিপরীত আধানের ঘনত্ব বৃদ্ধি পেতে পারে।

স্বাভাবিক অবস্থায় বায়ু বিদ্যুতের ভালো পরিবাহক নয়। বায়ুর অণুগুলো সাধারণত বৈদ্যুতিকভাবে নিরপেক্ষ থাকে, ফলে বিদ্যুৎ সহজে তার মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হতে পারে না। কিন্তু মেঘ ও ভূমির মধ্যে অথবা মেঘের দুটি ভিন্ন অঞ্চলের মধ্যে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র অত্যন্ত শক্তিশালী হয়ে উঠলে পরিস্থিতি বদলে যায়। প্রবল বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র বায়ুর অণু থেকে ইলেকট্রন বিচ্ছিন্ন করতে শুরু করতে পারে। এর ফলে নিরপেক্ষ বায়ু ধীরে ধীরে আয়নীভূত হয়ে বিদ্যুৎ পরিবহনে সক্ষম পথে পরিণত হয়।

এই আয়নীকরণই বজ্রপাতের তীব্র তাপমাত্রা বোঝার অন্যতম চাবিকাঠি। মুক্ত ইলেকট্রনগুলো বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রভাবে দ্রুত ত্বরান্বিত হয় এবং বায়ুর অন্য অণু ও পরমাণুর সঙ্গে সংঘর্ষ ঘটায়। যথেষ্ট শক্তিশালী সংঘর্ষ আরও ইলেকট্রন বিচ্ছিন্ন করতে পারে। ফলে একধরনের ধারাবাহিক আয়নীকরণ শুরু হয়। অল্প সময়ের মধ্যেই বায়ুর একটি সরু অঞ্চল সাধারণ গ্যাসের বৈশিষ্ট্য হারিয়ে আংশিক বা প্রবলভাবে আয়নীভূত অবস্থায় চলে যায়। এই আয়নীভূত গ্যাসকেই প্লাজমা বলা হয়।

প্লাজমাকে প্রায়ই পদার্থের চতুর্থ অবস্থা বলা হয়। কঠিন, তরল ও গ্যাসের পর এটি এমন একটি অবস্থা, যেখানে উল্লেখযোগ্যসংখ্যক মুক্ত ইলেকট্রন ও আয়ন থাকে। ফলে প্লাজমা বিদ্যুৎ পরিবহন করতে পারে এবং বৈদ্যুতিক ও চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের প্রতি অত্যন্ত সংবেদনশীল আচরণ করে। বজ্রপাতের উজ্জ্বল বিদ্যুৎপথ মূলত এমনই একটি অত্যন্ত উত্তপ্ত প্লাজমা পথ।

বজ্রপাতের প্রাথমিক পথ তৈরি হওয়ার প্রক্রিয়াটিও অত্যন্ত আকর্ষণীয়। মেঘ থেকে ভূমির দিকে নামা অনেক বজ্রপাতের ক্ষেত্রে আধানযুক্ত একটি শাখাবিশিষ্ট পথ ধাপে ধাপে নিচের দিকে অগ্রসর হয়। ভূমির কাছাকাছি পৌঁছালে উঁচু গাছ, ভবন বা অন্য কোনো বস্তু থেকে বিপরীত আধানযুক্ত ঊর্ধ্বমুখী বৈদ্যুতিক পথ তৈরি হতে পারে। দুটি পথ যুক্ত হয়ে গেলে মেঘ ও ভূমির মধ্যে একটি কার্যকর বৈদ্যুতিক সংযোগ প্রতিষ্ঠিত হয়।

এরপর ঘটে সবচেয়ে নাটকীয় ঘটনা। ওই সরু আয়নীভূত পথ দিয়ে অত্যন্ত শক্তিশালী বৈদ্যুতিক প্রবাহ ছুটে যায়। এই প্রধান উজ্জ্বল প্রবাহের সময় বিদ্যুৎপথের তাপমাত্রা অত্যন্ত দ্রুত বৃদ্ধি পায়। বিশাল বৈদ্যুতিক প্রবাহ একটি তুলনামূলক সরু বায়ুপথের মধ্যে দিয়ে যাওয়ায় বৈদ্যুতিক শক্তির একটি অংশ তাপে রূপান্তরিত হয়। কণাগুলোর সংঘর্ষ অত্যন্ত বেড়ে যায় এবং খুব অল্প সময়ে বায়ু অসাধারণভাবে উত্তপ্ত হয়ে ওঠে।

এখানে সময়ের মাত্রাটি বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ। বজ্রপাতের বিদ্যুৎপথ কয়েক মিনিট ধরে ধীরে ধীরে গরম হয়ে ৩০ হাজার ডিগ্রি সেলসিয়াসে পৌঁছায় না। তাপমাত্রার বৃদ্ধি ঘটে অত্যন্ত দ্রুত, সেকেন্ডের অতি ক্ষুদ্র ভগ্নাংশের মধ্যে। অর্থাৎ চারপাশে তাপ ছড়িয়ে পড়ার জন্য পর্যাপ্ত সময় পাওয়ার আগেই একটি অত্যন্ত সরু বায়ুপথে বিপুল শক্তি জমা হয়। এ কারণেই সেখানে ক্ষণস্থায়ীভাবে এত উচ্চ তাপমাত্রা তৈরি করা সম্ভব হয়।

এটি অনেকটা একই পরিমাণ শক্তি একটি বিশাল অঞ্চলে ছড়িয়ে দেওয়া এবং খুব ছোট অঞ্চলে কেন্দ্রীভূত করার পার্থক্যের মতো। শক্তি যদি অল্প পরিমাণ পদার্থে খুব দ্রুত জমা হয়, তবে সেই পদার্থের তাপমাত্রা প্রচণ্ডভাবে বৃদ্ধি পেতে পারে। বজ্রপাতের ক্ষেত্রে বৈদ্যুতিক শক্তি একটি সরু প্লাজমা পথে অত্যন্ত দ্রুত জমা হওয়ায় সেই পথের বায়ু কয়েক মুহূর্তের জন্য সূর্যের দৃশ্যমান পৃষ্ঠের তুলনায় অনেক বেশি উত্তপ্ত হয়ে ওঠে।

এত উচ্চ তাপমাত্রার আরেকটি প্রত্যক্ষ ফল হলো বজ্রধ্বনি। বজ্রপাতের বিদ্যুৎপথের চারপাশের বায়ু প্রায় তাৎক্ষণিকভাবে প্রচণ্ড উত্তপ্ত হলে সেটি দ্রুত প্রসারিত হয়। সাধারণ উত্তপ্ত বায়ুর মতো ধীরে ধীরে নয়, বরং এত দ্রুত প্রসারণ ঘটে যে আশপাশের বায়ুতে শক্তিশালী চাপের তরঙ্গ সৃষ্টি হয়। এই চাপের তরঙ্গ দূরে ছড়িয়ে যেতে যেতে শব্দতরঙ্গে পরিণত হয়। আমরা সেটিকেই বজ্রধ্বনি হিসেবে শুনি।

এই কারণেই বজ্রপাতের আলো এবং বজ্রধ্বনি একই ঘটনার দুটি ভিন্ন প্রকাশ। আলো আসে উত্তপ্ত ও আয়নীভূত বিদ্যুৎপথ থেকে, আর শব্দের উৎপত্তি ঘটে সেই পথের চারপাশে বায়ুর আকস্মিক উত্তাপ ও বিস্ফোরণসদৃশ প্রসারণ থেকে। বজ্রপাত যত দূরে ঘটে, আলো দেখা এবং শব্দ শোনার মধ্যকার ব্যবধান তত বেশি হয়, কারণ আলো শব্দের তুলনায় অসংখ্য গুণ দ্রুত চলাচল করে।

বজ্রধ্বনির দীর্ঘ গর্জনেরও একটি কারণ রয়েছে। বজ্রপাতের পথ সাধারণত একটি বিন্দুতে সীমাবদ্ধ নয়; এটি শত শত মিটার থেকে কয়েক কিলোমিটার পর্যন্ত বিস্তৃত, আঁকাবাঁকা ও শাখাবিশিষ্ট হতে পারে। সেই দীর্ঘ পথের বিভিন্ন অংশ থেকে উৎপন্ন শব্দ পর্যবেক্ষকের কাছে একই সময়ে পৌঁছায় না। কাছের অংশের শব্দ আগে এবং দূরের অংশের শব্দ পরে পৌঁছাতে পারে। মেঘ, ভূমি ও বায়ুমণ্ডলের বিভিন্ন স্তর থেকেও শব্দ প্রতিফলিত বা প্রতিসরিত হতে পারে। ফলে একটি ক্ষণস্থায়ী বৈদ্যুতিক ঘটনা আমাদের কানে কয়েক সেকেন্ডের দীর্ঘ গর্জন হিসেবে ধরা পড়ে।

এখানে আরেকটি ভুল ধারণা দূর করা জরুরি। ৩০ হাজার ডিগ্রি সেলসিয়াসের কাছাকাছি তাপমাত্রা বলতে পুরো বজ্রমেঘ, বজ্রপাতের আশপাশের বিশাল এলাকা বা ভূমির আঘাতপ্রাপ্ত সম্পূর্ণ অংশকে বোঝানো হয় না। এই চরম তাপমাত্রা মূলত বজ্রপাতের সরু বিদ্যুৎপথের প্লাজমার সঙ্গে সম্পর্কিত। পথটি থেকে সামান্য দূরে গেলেই পরিস্থিতি সম্পূর্ণ ভিন্ন। তাই একটি বজ্রপাতের তাপমাত্রা শুনে সেটিকে ৩০ হাজার ডিগ্রি তাপমাত্রার বিশাল আগুনের গোলা হিসেবে কল্পনা করা ভুল।

একই কারণে বজ্রপাতের তাপমাত্রা সূর্যের পৃষ্ঠের চেয়ে বেশি হলেও সেটি আশপাশের সবকিছুকে তাৎক্ষণিকভাবে বাষ্পে পরিণত করে না। উচ্চ তাপমাত্রা কতক্ষণ স্থায়ী হচ্ছে, কতটুকু পদার্থ সেই তাপমাত্রায় রয়েছে এবং কোনো বস্তুর মধ্যে মোট কত শক্তি স্থানান্তরিত হচ্ছে—এসবই ক্ষতির মাত্রা নির্ধারণে গুরুত্বপূর্ণ। বজ্রপাতের চরম তাপমাত্রা অত্যন্ত ক্ষণস্থায়ী এবং একটি সীমিত পথে কেন্দ্রীভূত থাকে।

তবে এর অর্থ এই নয় যে বজ্রপাতের তাপীয় প্রভাব সামান্য। বজ্রপাত কোনো গাছে আঘাত করলে গাছের ভেতরের পানি দ্রুত উত্তপ্ত হয়ে বাষ্পে পরিণত হতে পারে। বাষ্পের আকস্মিক প্রসারণ গাছের বাকল ছিটকে দিতে বা কাণ্ড ফাটিয়ে ফেলতে পারে। কোনো ধাতব অংশের মধ্য দিয়ে প্রবল বিদ্যুৎ প্রবাহিত হলে সেটিও অত্যন্ত উত্তপ্ত হতে পারে। ভবন, বৈদ্যুতিক ব্যবস্থা এবং দাহ্য পদার্থের ক্ষেত্রে বজ্রপাত তাই আগুন ও গুরুতর ক্ষতির কারণ হতে পারে।

বজ্রপাতের আলো এত উজ্জ্বল হওয়ার পেছনেও এই চরম তাপমাত্রা ও আয়নীকরণের ভূমিকা রয়েছে। প্রচণ্ড উত্তপ্ত প্লাজমার মধ্যে কণাগুলো উত্তেজিত অবস্থায় চলে যায়। পরবর্তীতে তারা অপেক্ষাকৃত নিম্ন শক্তির অবস্থায় ফিরে আসার সময় আলোকশক্তি নির্গত করতে পারে। একই সঙ্গে অত্যন্ত উত্তপ্ত পদার্থ নিজস্ব তাপীয় বিকিরণও সৃষ্টি করে। এসব প্রক্রিয়ার সম্মিলিত ফলেই বজ্রপাতের পথ চোখ-ধাঁধানো উজ্জ্বল সাদা, নীলাভ বা বেগুনি আভাযুক্ত বলে মনে হতে পারে।

একটি বজ্রপাত আবার সব সময় একটিমাত্র বৈদ্যুতিক প্রবাহে শেষ হয় না। একই আয়নীভূত পথে অতি অল্প সময়ের ব্যবধানে একাধিক শক্তিশালী প্রবাহ ঘটতে পারে। মানুষের চোখে এগুলো অনেক সময় একটি মাত্র ঝলক বলে মনে হয়, আবার কখনো বজ্রপাতকে কাঁপতে বা মিটমিট করতে দেখা যায়। দ্রুত ধারাবাহিক প্রবাহের কারণে একই পথ বারবার তীব্রভাবে আলোকিত হতে পারে।

তাহলে সূর্যের পৃষ্ঠ কেন বজ্রপাতের চেয়ে তুলনামূলক কম তাপমাত্রার হয়েও এত বিপুল শক্তির উৎস? কারণ সূর্যের শক্তিকে বোঝার জন্য শুধু তার দৃশ্যমান পৃষ্ঠের তাপমাত্রা দেখা যথেষ্ট নয়। সূর্য একটি বিশাল নক্ষত্র, যার ভেতরে মহাকর্ষীয় চাপের কারণে কেন্দ্রে অবিশ্বাস্য তাপমাত্রা ও ঘনত্ব তৈরি হয়েছে। সেখানে পারমাণবিক সংযোজনের মাধ্যমে হাইড্রোজেন থেকে হিলিয়াম তৈরির সময় বিপুল শক্তি মুক্ত হয়। সেই শক্তি বিভিন্ন স্তর অতিক্রম করে শেষ পর্যন্ত সূর্যের দৃশ্যমান পৃষ্ঠ থেকে বিকিরিত হয়ে মহাকাশে ছড়িয়ে পড়ে।

অর্থাৎ সূর্যের দৃশ্যমান পৃষ্ঠ প্রায় ৫ হাজার ৫০০ ডিগ্রি সেলসিয়াস হলেও তার কেন্দ্র প্রায় দেড় কোটি ডিগ্রি সেলসিয়াস। বজ্রপাতের প্রায় ৩০ হাজার ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রা তাই সূর্যের দৃশ্যমান পৃষ্ঠের তুলনায় বেশি, কিন্তু সূর্যের কেন্দ্রের তুলনায় অত্যন্ত কম। এই পার্থক্যটি বাদ দিলে “বজ্রপাত সূর্যের চেয়েও গরম” কথাটি বৈজ্ঞানিকভাবে বিভ্রান্তিকর হয়ে যায়। যথার্থ বক্তব্য হলো—বজ্রপাতের বিদ্যুৎপথ ক্ষণস্থায়ীভাবে সূর্যের দৃশ্যমান পৃষ্ঠের চেয়ে কয়েক গুণ বেশি তাপমাত্রায় পৌঁছাতে পারে।

বিষয়টি আরও বিস্ময়কর হয় যখন বোঝা যায়, এই চরম পরিবেশ তৈরির জন্য কোনো আগুনের প্রয়োজন হয় না। এখানে প্রধান চালিকাশক্তি হলো বৈদ্যুতিক বিভবের পার্থক্য ও প্রবল বৈদ্যুতিক প্রবাহ। বায়ু প্রথমে বৈদ্যুতিকভাবে ভেঙে আয়নীভূত হয়, এরপর সেই পরিবাহী পথে বিপুল আধান চলাচল করে এবং বৈদ্যুতিক শক্তি অত্যন্ত দ্রুত তাপীয় শক্তিসহ বিভিন্ন রূপে পরিবর্তিত হয়। কয়েক মুহূর্তের জন্য পৃথিবীর সাধারণ বায়ু এমন এক উত্তপ্ত প্লাজমায় পরিণত হয়, যার তাপমাত্রা আমাদের দৈনন্দিন অভিজ্ঞতার প্রায় সবকিছুকেই ছাড়িয়ে যায়।

বজ্রপাত তাই শুধু একটি আবহাওয়াজনিত আলোর ঝলক নয়। এটি একই সঙ্গে বায়ুমণ্ডলীয় বিদ্যুৎ, আয়নীকরণ, প্লাজমা পদার্থবিদ্যা, তাপগতিবিদ্যা এবং শব্দতরঙ্গের এক অসাধারণ প্রাকৃতিক পরীক্ষাগার। একটি বজ্রপাতের মধ্যে আমরা কয়েক মুহূর্তের ব্যবধানে দেখতে পাই নিরোধক বায়ুর পরিবাহীতে রূপান্তর, প্লাজমা সৃষ্টি, প্রবল বৈদ্যুতিক প্রবাহ, কয়েক দশ হাজার ডিগ্রি তাপমাত্রা এবং আকস্মিক প্রসারণ থেকে শব্দতরঙ্গের জন্ম।

আকাশে কয়েক মুহূর্তের জন্য জ্বলে ওঠা একটি সরু আলোর রেখা তাই দেখতে যতটা সাধারণ, তার ভেতরের পদার্থবিদ্যা ততটাই চরম। সূর্যের দৃশ্যমান পৃষ্ঠের চেয়েও বেশি তাপমাত্রা সৃষ্টি করার জন্য বজ্রপাতকে সূর্যের সমান শক্তিশালী হতে হয় না। তাকে শুধু বিপুল বৈদ্যুতিক শক্তি অত্যন্ত অল্প সময়ে অত্যন্ত সরু একটি বায়ুপথে কেন্দ্রীভূত করতে হয়। সেই ক্ষণস্থায়ী শক্তিঘনত্বই সাধারণ বায়ুকে উত্তপ্ত প্লাজমায় রূপান্তরিত করে এবং তাপমাত্রাকে প্রায় ৩০ হাজার ডিগ্রি সেলসিয়াসের কাছাকাছি নিয়ে যেতে পারে। প্রকৃতির এই ঘটনাটি আমাদের একটি গুরুত্বপূর্ণ শিক্ষা দেয়—কোনো কিছুর তাপমাত্রা কত বেশি, আর তার মধ্যে মোট শক্তি কত বেশি, এই দুটি প্রশ্ন এক নয়। আর সেই পার্থক্য বুঝলেই পরিষ্কার হয়ে যায়, পৃথিবীর আকাশে জন্ম নেওয়া একটি বজ্রপাত কীভাবে কয়েক মুহূর্তের জন্য সূর্যের দৃশ্যমান পৃষ্ঠকেও তাপমাত্রার দিক থেকে ছাড়িয়ে যেতে পারে।