閃電的別樣打開方式

韓婷葦

夏夜，閃電常常劃破夜空，將黑夜瞬間變成白晝，伴隨著轟隆隆的雷鳴，一部部科幻大片正不停地在天空上映。

閃電擁有著大自然的神秘力量，它不是天神作法，而是帶電云層相遇所產生的一種放電現象，因不同云之間、云與大地之間強烈放電而形成。人們把這種達到對流層頂高度且能產生閃電的積雨云稱為雷暴云。

雷暴云之所以帶電，主要是因為“非感應起電”。具體來說，就是大氣對流的不穩定和能量的劇烈變動使雷暴云內部產生了大量的冰晶、軟雹、過冷水等水成物粒子；這些粒子出現增長、碰撞、合并、分離等過程，從而使雷暴云內形成了攜帶不同電荷的電荷層；當雷暴云中的電荷分離達到一定程度，導致云內的電場積累增強時，就會擊穿空氣并形成閃電。

閃電一般伴隨著雷鳴。當閃電發生的時候，巨大的電流將空氣加熱，使空氣體積急劇膨脹而產生沖擊波，導致強烈的雷鳴。

閃電可以發生在同一塊云的不同部位，也可以發生在云與云之間、云和地之間。發生在云和地之間的閃電被稱為云—地閃電。由于云—地閃電與人類的活動和生命安全密切相關，所以對它開展的研究也最多。

一道閃電會有多長？幾千米還是幾十千米？2022年2月1日，世界氣象組織發布消息稱，已監測到一條長達768千米的閃電，這條閃電于2020年4月29日出現在美國南部，橫跨了密西西比州、路易斯安那州和得克薩斯州三個州，是迄今為止探測到的單次長度最長的閃電。

一般情況下，我們用肉眼看到的閃電都是奇形怪狀、蜿蜒曲折的，這是因為閃電在放電過程中，電流會選擇更容易通過的地方流動，但空氣中存在不同的導電氣態分子，而且空氣的溫度和濕度也不同，所以在不斷選擇更容易導電物質的過程中，電流流動就會出現彎曲的現象。不過利用人工引雷技術，人們可以將四散的電流沿直線狀引到地面。

2021年7月，中國科學院大氣物理研究所在山東某試驗基地開展了一次“人工引雷”試驗活動，引發社會關注。試驗中，引火導體沖上云霄，隨后被雷電擊中，電光沿著導體直線狀傳輸到地面，整個畫面非常震撼。人工引雷的過程簡而言之是：當引雷試驗場上方有雷暴云經過時，選取合適的條件向上發射尾部拖曳細鋼絲的引雷火箭；火箭升空后，細鋼絲將被拉直；細鋼絲尖端的位置發生了向上的尖端放電過程；放電形成了等離子通道，使得雷電沿著筆直的細鋼絲“一路向下”，最終形成云和地之間強烈的放電現象。

為什么要進行人工引雷試驗呢？這是因為自然界閃電的發生充滿了瞬時性和隨機性，人們既很難對閃電開展直接探測工作，也無法模擬真實的閃電發生過程，這導致人們對自然界閃電的了解難上加難；而人工引雷觸發閃電的過程和自然閃電發生的過程十分相似，所以能提供最接近真實的自然雷電模擬源。

人工引雷可以使閃電的發生在時間和空間上有一定的可預知性和可控制性，便于集合多種手段同步觀測。人工引雷還可以為認識閃電發生、發展的物理本質提供條件，為雷電定位系統提供標定源，并進行真實條件下的雷擊防護測試。

閃電一般發生在對流層，而如果我們從太空中看云層，還會看到很多地球高層大氣中的特殊放電現象。因為這些現象的出現具有短暫性和神秘性，它們的名字也都十分夢幻，比如“紅色精靈”“淘氣精靈”。

“紅色精靈”是在雷暴上空中高層大氣中出現的一種空氣介質擊穿現象。在距地表五六十千米的高度上，氣壓很低，空氣非常稀薄，強烈的閃電產生的電場擾動很容易導致空氣介質的電擊穿。相對普通閃電來說，“紅色精靈”是出現在中高層大氣中的放電現象，是強度很大的普通閃電在雷暴上空的廣闊空間引起的進一步放電。

“紅色精靈”上半部是紅色，底部漸漸轉變為藍色，通常發出巨大但微弱的閃光。由于只能持續幾毫秒到幾十毫秒，如鬼魅一般難以捉摸，也被稱為“幽靈閃電”。

除了“紅色精靈”，還有“藍色噴流”“淘氣精靈”和“光暈”等。這些“精靈”都出現在濃厚雷暴上空的中高層空間中，因為云層的遮擋，地面上的觀測者很難通過肉眼看到，好在高空運行的國際空間站為觀察它們提供了完美的視角。

目前，針對“紅色精靈”和“藍色噴流”，科研人員已經進行了多次觀測，但關于其具體的形成機制還有待進一步的研究探索。