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好奇心日报 | 地球1年闪电10.4亿次,它们是怎么形成的?
07-13 09:03:39 来源:中国国家地理微信公众号

在暴风骤雨中,电闪雷鸣的场景让人或者心有恐慌,或者激昂振奋。在全世界,平均每秒钟大致会有600次闪电发生。它们并不是稀缺的风景,世界上不少研究者和摄影师在追逐闪电。

中国古人眼中的闪电

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在中国的古星图上,存在着一些稀奇古怪的星座。比如在秋季星空中,有“云雨”、“雷电”、“霹雳”三个星座。

中国古人把云气天象归入天文之中,闪电现象当然也不能例外,中国最早关于闪电产生灾害的记载产生于西汉,记录的是雷击造成大火,烧掉山林草木的事情,而第一次闪电伤人的记录则在南北朝时期,说的是当时一次打雷,屋子没事,但人被劈死一个。

中国古人早已注意到雷电,但“雷”和“霹雳”曾被看作两种现象。如今我们早已知晓,闪电(也就是霹雳)与雷是在云层放电时同时产生,之所以先看到闪电后听到雷声,是因为声音在空气中的传播远远比不上光的速度。

闪电的成因

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按照闪电发生的位置,大概可将其分为云层间放电、云层与地面放电以及云层内放电几大类别。

人们自古就在试图解释雷电的成因,西汉淮南王刘安在《淮南子》中就有这样的描述:“阴阳相薄为雷,激扬为电。”这样的感性认知相当准确,后来,西方的物理学引入了电荷的概念,对闪电的解释也就更加清楚:雷雨云来临时,一片云中的正电荷与另一片云中的负电荷相互吸引,就会产出云层间放电。

如果云层底部的负电荷与地面上相等强度的正电荷相互吸引,并将空气击穿,就形成云层与地面间的闪电。雷雨云顶部与底部的正负电荷同样可以相互吸引,并产生云层内放电。有时云内的电荷还会与空气发生感应,形成云层与空气的放电。

一年中,地球上总共发生的闪电大约有10.4亿次,其中约75%是云层间放电与云层内放电,25%为云层与地面放电。虽然比例较低,但云地之间的放电仍然对人类的生活有着巨大影响。

不常见的闪电类型

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闪电中,最为神秘的种类当属有着“胖子闪电”称号的球状闪电。关于球状闪电有很多具有传奇色彩的记载:“爱钻缝隙,钻过缝隙后,依然是球状;上世纪80年代疑似钻入苏联一架客机的机舱;球状闪电消失时会有巨响,并伴随臭氧和一氧化氮的味道……”

关于球状闪电的照片,可信度较高的可谓少之又少,然而西北师范大学物理与电子工程学院袁萍教授带领博士生岑建勇、薛思敏在青海省大通回族土族自治县的雷暴监测中,幸运地用光谱仪记录到一次球状闪电从产生到消失的全过程。袁萍女士说:“那是一次非常强的闪电放电,声音像爆炸一样。闪电打到地上,引发出一个球。它存在了1.64秒,发光直径大约5米,消失时没有发出声音。”

这是世界上第一次用光谱仪记录下的球状闪电的全过程,通过光谱分析,这个球状闪电中的发光成分主要来自土壤中的硅、铁、钙等元素。这或许一定程度上印证了前人的猜测:“闪电击中土壤,让元素硅蒸发到空气里,形成一个球状的区域,它逐渐氧化发光发热,那就是球状闪电。”

绚丽的高空闪电

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在大气对流层的顶端,一种叫做“蓝色喷流”的大气放电,形似蓝色彗星,从云体向天空冲去,其发光时间大约是每次0.3秒。

在更高的高空,大约距离地面80至100公里的位置,还可以看到摇曳的神秘红光,以及短暂闪现的红色光环,它们被称作“红色精灵”与“淘气精灵”。

高空放电现象的形态与色泽,如极光般绚丽。遗憾的是,我们不仅对它们了解甚少,即便在摄影技术非常发达的今日,记录到这些闪电的图片仍然难以寻觅。

原标题:电闪雷鸣

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