Tại Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven, Hoa Kỳ, các nhà khoa học gần đây đã chứng kiến một khám phá đáng chú ý: sự hình thành đám mây bên trong chiếc hộp kim loại, đúng hơn là một căn phòng. Những chấm nhỏ li ti bắt đầu xoáy tròn, tạo thành lớp sương, dần dần phát triển thành đám mây nhỏ, mỏng manh.
Khoảnh khắc này đánh dấu sự thử nghiệm thành công thiết bị mới, được thiết kế để giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về cách hình thành và hoạt động của đám mây. Thiết bị này, được gọi là phòng tạo mây đối lưu, về cơ bản là một hộp có thể tích khoảng 1 m3, tái tạo các điều kiện cần thiết để tạo ra mây.
Mây trên bầu trời trông có vẻ đơn giản, nhưng chúng là một trong những nguồn luôn tạo ra sự không chắc chắn trong dự báo thời tiết và các mô hình khí hậu. Các nhà khoa học biết rằng, mây đóng vai trò quan trọng trong điều chỉnh nhiệt độ Trái đất, lưu chuyển nước trong khí quyển và ảnh hưởng đến các cơn bão.
Tuy nhiên, các chi tiết nhỏ về cách mây hình thành và tác động của chúng vẫn chưa được hiểu rõ. Việc nghiên cứu đám mây trong tự nhiên khá khó khăn vì chúng liên tục thay đổi. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng máy bay trang bị đầy đủ thiết bị, bay xuyên qua đám mây nhằm thu thập dữ liệu, nhưng chỉ hoạt động như thế, cũng không đủ dữ liệu.
“Phòng mây” cung cấp cách tiếp cận trong môi trường được kiểm soát, cho phép các nhà khoa học tạo ra các thí nghiệm có thể lặp lại, phân lập các yếu tố cụ thể và nghiên cứu chúng một cách cẩn thận. Để tạo đám mây bên trong phòng, các nhà khoa học đổ đầy nước vào đáy và làm nóng nước để không khí ấm, ẩm bốc lên trên.
Phần trên của phòng được giữ lạnh, tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ. Khi không khí ấm gặp không khí lạnh hơn, độ ẩm trở nên cực kỳ cao, thậm chí cao hơn mức bình thường trong khí quyển. Điều kiện này, được gọi là siêu bão hòa, là điều kiện cần thiết để các giọt mây hình thành.
Tiếp theo, các nhà nghiên cứu đưa các hạt nhỏ như muối vào phòng. Trong bầu khí quyển thực tế, các hạt siêu nhỏ này đóng vai trò như những mầm mống mà hơi nước có thể ngưng tụ lên, tạo thành các giọt nước.
Quá trình tương tự này xảy ra bên trong phòng, tạo ra đám mây ổn định có thể tồn tại trong nhiều giờ. Do nhiệt độ, độ ẩm và sự nhiễu loạn trong phòng đều có thể được kiểm soát cẩn thận, các nhà khoa học có thể lặp lại các thí nghiệm, so sánh kết quả một cách đáng tin cậy hơn.
Một trong những ưu điểm chính của thiết kế này là tính linh hoạt. Các tấm gia nhiệt và làm mát có thể điều chỉnh, cho phép các nhà nghiên cứu tạo ra các loại mây ở điều kiện khác nhau. Hệ thống này cũng có thể mở rộng, tạo ra đám mây lớn hơn, tồn tại lâu hơn, cho phép nghiên cứu sự hình thành mưa phùn và mưa rào.
Việc đo lường những gì xảy ra bên trong đám mây mà không làm xáo trộn nó là một thách thức khác. Để tránh can thiệp vào luồng không khí, nhóm nghiên cứu lên kế hoạch sử dụng các kỹ thuật hình ảnh tiên tiến dựa trên ánh sáng.
Bằng cách gắn các hạt với thuốc nhuộm huỳnh quang và chiếu sáng chúng bằng laser, các nhà khoa học có thể theo dõi cách chúng biến thành các giọt mây. Các thiết bị radar và laser chuyên dụng cũng cho phép nhóm nghiên cứu quan sát kích thước, chuyển động và sự hình thành mưa phùn với độ chi tiết đáng kinh ngạc.
Ngoài việc nghiên cứu mây, “phòng mây” này cũng có thể giúp nhóm nghiên cứu khám phá các vấn đề khác của khí quyển. Các ứng dụng tiềm năng khác như quan sát thời tiết ảnh hưởng thế nào đến hệ thống năng lượng, hạ tầng thông tin liên lạc và sự lan truyền các hạt nhỏ trong không khí như phấn hoa, mầm bệnh.
Mỗi thí nghiệm bên trong phòng, có thể giúp các nhà nghiên cứu tiến gần hơn đến việc trả lời những câu hỏi tồn tại lâu đời về cách hình thành mây, tại sao một số loại mây tạo ra mưa trong khi những loại khác thì không, và chúng ảnh hưởng như thế nào đến khí hậu tương lai của Trái đất.
