地球大氣層中出現的閃電現象,可以說我們每個人都很熟悉。特别是在夏季的雷雨天氣發生時,天空中時不時會出現轟隆的雷聲,然後閃電緊跟其後,劇烈的能量釋放過程,使陰暗的天空瞬間明亮起來,而且在閃電劃破天空之際,我們還可以看到它如“神經網絡”一樣,沿着一條“主幹”向外延伸,甚是壯觀。一般情況下,閃電的長度都在幾公裡以内,那麼,世界上有記載的閃電,能達到多長呢?
閃電産生的原因是
閃電的産生,離不開強烈的空氣對流,但從根本上看,閃電能量的釋放,與電池放電的原理是一樣的,都是由電荷的中和反應所引起的。隻不過,電池中的不同電荷,是通過導線或者導體實現流動和中和的,而閃電則是在空氣中實現的。
從閃電産生的過程來看,最主要的是發生了以下四個方面的階段,這四個階段缺一不可。第一是空氣的強烈對流,這是最基礎的條件。特别是在夏季時,受強烈太陽輻射以及地表紅外輻射的影響下,近地面的空氣溫度較高,從而密度變小,表現出向上升的趨勢,而高空的空氣正好相反,由于溫度較低、密度較大而下降,無論空氣中的水汽含量是多還是少,這種強烈的空氣對流現象都會發生。
二是水汽分子的劇烈摩擦。當以上現象發生以後,如果空氣中的水汽含量較多,那麼熱空氣攜帶着水蒸氣上升時,就會因逐漸變冷而發生凝結,形成非常細小的冰晶微粒。在空氣的劇烈流動過程中,這些冰晶微粒會發生激烈的碰撞和摩擦,分别帶上相應的電荷。
三是上下雲層電荷的集中分布。那些個頭較大的冰晶,會吸引更多的自由電子,在重力作用下會“沉降”在積雨雲的下部,并帶上負電。而個頭較小的冰晶,會傾向于失去電子,從而帶上正電,并漂浮在雲層的上端。
四是形成較大的電位差。當雲層的上、下部分别聚集了大量的不同電荷後,就會形成巨大的電位差,從而使中間部位的空氣發生電離,繼而形成能夠推動電荷移動的導體通道,這樣正負電荷強烈的“對撞”就此開啟,閃電就出現了。
閃電大小的決定因素
通過以上的過程分析,我們可以看出,随着雲層上下端積聚的電荷數量越來越多,它們彼此互相的吸引力就越大,從而破壞空氣絕緣的能力也越強。也就是說,隻要雲層上下端在放電之前,積聚的電荷量越多,那麼雷電的規模和強度就有可能越大。
有的時候,當閃電規模很大時,随着水汽層和等離子體的擾動,雲層上端的正電荷移動到下部,這樣就沒有足夠的電荷來阻擋“傳輸通道”的延伸,這樣閃電的規模就會繼續增大,并且很有可能從地面吸引到一定量的負電荷參與進來,從而形成巨大的“空地閃”,最終将電荷輸送到地面。
在雲層與地面的垂直方向上,由于受到雲層高度的限制,垂直方向上的閃電長度,也頂多有20公裡左右,多餘的電荷都被傳輸到地面中和了。而從橫向上看,密布在天空中的雲層,則為閃電的伸展創造了廣闊的空間。
世界上最長的閃電
當然,在閃電發展的橫向上,閃電的大小,仍然受到雲層大小的直接限制。如果雲團規模不大,閃電即使再強烈,也擴展不到更大的範圍。所以,地球大氣中爆發的閃電,一般都在3-5公裡之間。
近百年來,很多科學家對空氣中發生的閃電現象格外關注,有很多“特殊”的情形也得以記錄了下來,其中就含有覆蓋範圍更大的閃電。
比如:1956年,美國氣象學家使用雷達探測器,觀測到了一個跨越160公裡的大型閃電。2007年,又有研究人員在美國俄克拉荷馬州上空,發現了一個長度達320公裡的巨型閃電。在2017年,美國氣象學家又在得克薩斯州上空,發現了一道長度更長、達到500公裡的超巨閃電,劇烈的能量釋放,使得整個州的夜空幾乎全被照亮。
後來,這一紀錄又在近幾年被打破。先是2018年底的某個時候,在巴西上空,研究人員監測到一個長達709公裡的超巨閃電。這個紀錄還沒有“捂熱”,僅過了2年,又在美國上空被打破,當時在得克薩斯州和密西西比州的上空,出現了一道長達768公裡的超巨閃電,這個長度幾乎相當于從英國倫敦到德國漢堡,也超過了日本東西跨度的兩倍。
之所以會形成上述長度如此之大的閃電,科學家們推測,其根源在于天空中同時形成了距離比較近的巨型積雨雲,形成了積聚電荷都非常多的雲系統。當一個“母雲”個頭很大、放電現象異常劇烈時,那麼就像“多米諾骨牌”一樣,可以在橫向上将能量傳遞到下一個雲團,從而使放電傳播所覆蓋的區域進一步擴大,形成一種連鎖效應。
據氣象學家估算,像這種超巨型的閃電,發生幾率并不大,它隻占全球閃電出現總次數的1%左右。不過,随着全球氣候變暖,空氣運動變得越來越複雜,極端天氣出現的概率越來越高,像這種高強度的閃電出現的次數也會“水漲船高”,今後768公裡長的閃電紀錄肯定會被打破。
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