雷電的奧秘

文/于鵬翔 繪畫/小 羊

你知道雷神托爾嗎？在電影《雷神》里，他是眾神之父奧丁的兒子，力大無窮，脾氣暴躁，有著控制雷電的特殊能力。真實世界中，雷電是受誰控制形成巨大威力的呢？今天，我們就來聊聊雷電。

雷是雷，電是電

雖然我們總是把雷電連在一起說，但是雷和電并不是同一種現象。電指的是閃電，這是一種在大氣層中發生的放電現象。而雷是在云層放電之后，產生的隆隆的聲響。回憶一下我們見到閃電時的情景，是不是都是在陰云密布、大雨傾盆的時候？其實，閃電的秘密就藏在云中。在各種各樣的云里，有一種叫作積雨云，這種云體積龐大，大多是由于強烈的上升氣流產生的。在它“長大”的過程中，云層的頂部逐漸充滿正電荷，云的底部則充滿負電荷，這時的積雨云就像一個蘊藏著巨大電能的大電池一樣飄浮在空中。云底部的大量負電荷會直接改變大地的帶電情況，云層下方的大地會充滿大量的正電荷。于是在云層和大地之間形成了強大的電場，這個電場內部的電壓可以達到數百萬甚至上億伏特，相比之下城市輸電線路中幾萬伏特的電壓就顯得微不足道了。空氣本來是電的不良導體，但是，在這樣強大的電場控制下，空氣也不得不讓電流通過。云層的底部會向地面發出一道“先導閃電”，一般先導閃電并不亮，但是速度很快，它會在千分之一秒的時間內向下前進幾十米，然后消失。而下一道閃電在已經打通的通道中繼續向下幾十米，然后再次消失。在這一道道閃電先頭部隊的蠶食下，最終，從云層到地面的通道被打開，空氣的導電能力大大增強，于是大量的電能就會順著這個通道迅猛而下直擊地面，形成一道道閃亮晃眼的閃電，直到云層中的電量消耗殆盡，閃電才會消失。

◎閃電形成過程

在閃電產生的過程中，閃電通道周圍的空氣會產生熱量，在不到1秒的時間內溫度會升高至33 000℃。在這般高溫下，空氣會產生爆炸性的膨脹并發出隆隆巨響，這也就是我們熟知的雷聲了。因為光的傳播速度是每秒30萬千米，聲音的傳播速度是每秒340米左右，所以我們總是先看到閃電再聽到雷聲，而且我們可以通過看到閃電和聽到雷聲之間的時間間隔，來計算閃電離我們有多遠。假如我們在看到閃電后的5秒鐘聽到雷聲，那這個閃電與我們的距離就是聲音走了5秒鐘的距離，也就是大約1 700米。

閃電是地球上一種十分常見的天氣現象，每年地球上空會出現31億多次閃電！就在你看到這句話的時候，地球上就已經產生了100次閃電！

各種各樣的閃電

你知道嗎？閃電也有各種造型，最常見的是枝狀閃電和片狀閃電。枝狀閃電有耀眼的光芒以及很細的光線，整個閃電就像枝杈縱橫的樹枝一般，橫向或縱向伸展著。這種閃電一般都是云與地面的較量（有時也出現在云與云之間），蘊含著極強的電流，會損傷樹木、人體，要是它落到建筑物上還會損毀建筑物。

◎云與地面之間的枝狀閃電

◎云與云之間的枝狀閃電

◎云中出現的片狀閃電

片狀閃電看上去就像是藏在云彩中的閃光。這種閃電發生的時候，大片的云朵會被照亮。片狀閃電經常是在閃電的強度逐漸減弱，降水趨于停止時出現，多數都是云朵之間的放電現象。

除了這兩種，還有一種很罕見的球狀閃電。這種閃電像一個火球一樣，大小差別很大，有的直徑十幾厘米，有的卻有幾十米寬。球狀閃電被稱為“閃電中的幽靈”，它有時在空中慢慢游蕩，有時候又靜止在空中；它有時發出白光，有時又發出粉紅色的光；有時它可以從窗戶、門縫鉆進屋內，在房子里轉一圈后又溜走；有時它會發出“咝咝”的聲音，然后一聲悶響便消失不見，有時它又會發出微弱的噼啪聲，然后不知不覺地消失……

閃電的破壞力和避險方法

閃電中蘊藏著巨大的能量，因此它們也具有非常強大的破壞力。要是閃電落在森林中，它能夠將樹木點燃，引發森林大火。要是發生在城市中，閃電可能會損害供電線路，造成大范圍停電。要是閃電擊中人體，人體水分會瞬間蒸發，也就是說人體會被燒焦。就算沒有直接擊中人體，只是擊中人體周圍或是身體上的金屬物，閃電強大的電流也會讓人心臟驟停，造成人員傷亡。據統計，我國每年因為雷電造成的人員傷亡數量達幾千人。

那我們要怎樣避開雷電襲擊呢？首先，在雷雨天，我們要盡量避免外出，待在安全的室內，并且遠離窗戶、陽臺這樣靠近戶外的位置，最好還能關閉家中電器的電源、拔掉插頭，防止雷電沿著電線進入家中。其次，如果你剛好身處戶外，發生雷電時要立即俯下身體，降低自身的高度。或者更保險的是，盡快躲避到建筑物或汽車內。無論如何，記住千萬不要躲避到樹下或廣告牌、電線桿等容易導電的高大物體周圍。最后，雷雨天在戶外不要使用手機、收音機等會引來雷電的電子設備。

從天空中引閃電的人

說到雷電就不能不提到一位科學家——富蘭克林。據說在1952年，富蘭克林做了一個風箏與閃電的實驗。他和他的兒子在一個風雨交加的夜晚，把一個裝著金屬桿的風箏放到了天空中，當他手中的風箏線傳來了一陣酥麻感的時候，富蘭克林發現他已經成功將云中的閃電引到了一個叫作萊頓瓶的裝置中，并發現閃電與摩擦產生的靜電有同樣的性質。實際上，富蘭克林并沒有做過這樣的實驗，他只是提出了他的設想和理論，并根據他的理論發明了避雷針。

超級鏈接

避雷針通常安裝在建筑物的最高點，再連接導線引入地下。避雷針在地面和天空之間連接形成了一個導電的通路，在雷雨天，避雷針能夠將接收到的電子通過這條通路引入地下，從而使建筑物避開雷電的襲擊。所以，避雷針實際上是一種引雷針。

要知道，與閃電有關的實驗是非常非常危險的。曾經有一位俄國物理學家利赫曼在得知了富蘭克林的理論后，與同為科學家的好友羅蒙諾索夫在家里制作了一個可以將閃電引進實驗室的設備。但當1753年7月26日，閃電真的被引進實驗室時，利赫曼卻不慎受雷擊身亡。直到今天，關于雷電還有很多未解之謎，比如云里為什么會有電？雷電能不能被我們利用？幽靈一樣的球狀閃電到底是怎么一回事？這些未解之謎與我們的生活息息相關，還需要科學家甚至正在看文章的你用科學的工具和方法去不斷地探索和發現。