北京時(shí)間12月18日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道， 2017年10月22日，積聚在美國(guó)中部上空的風(fēng)暴云釋放出一道巨大的閃電，照亮了德克薩斯州、俄克拉荷馬州和堪薩斯州的天空。這次震動(dòng)橫貫這三個(gè)州超過(guò)500公里，規(guī)模之大前所未有。一組研究人員寫(xiě)了一份關(guān)于這次閃電的研究報(bào)告，將其形容為“巨閃”（megaflash）。這是有史以來(lái)最長(zhǎng)的閃電之一。
一般來(lái)說(shuō)，正常的閃電長(zhǎng)度在1到20公里之間，但隨著測(cè)繪技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，一些真正巨大的閃電逐漸進(jìn)入我們的視線(xiàn)。最近的一些發(fā)現(xiàn)提出了一個(gè)有趣的問(wèn)題：閃電的規(guī)模究竟能達(dá)到多大？我們應(yīng)該擔(dān)心這些大氣中的“重量級(jí)選手”嗎？
當(dāng)強(qiáng)正電荷在雷暴云的一個(gè)區(qū)域發(fā)展，而強(qiáng)負(fù)電荷在另一個(gè)區(qū)域發(fā)展時(shí)，它們之間就會(huì)產(chǎn)生電流，進(jìn)而產(chǎn)生閃電。美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）的物理學(xué)家和高級(jí)研究員唐·麥克戈曼（Don MacGorman）參與了2017年“巨閃”研究報(bào)告的撰寫(xiě)，他說(shuō)：“閃電是在一個(gè)電力非常強(qiáng)的地方產(chǎn)生的。它們變得足夠強(qiáng)大，以至于空氣再也承受不住電的力量，進(jìn)而被分解?！?/p>
這意味著，隨著電壓的增長(zhǎng)，局部空氣的絕緣能力被破壞。研究人員認(rèn)為，這是由于過(guò)量的電磁力開(kāi)始加速空氣中的自由電子（沒(méi)有附著在原子或分子上的電子），使其他電子從原子和分子中脫離出來(lái)。麥克戈曼說(shuō)：“科學(xué)家稱(chēng)這個(gè)過(guò)程為電子雪崩，這就是我們所說(shuō)的空氣分解?！?/p>
這一過(guò)程最終會(huì)在空氣中形成一個(gè)非常熱的通道，就像一根電線(xiàn)，其兩端向外延伸，通往導(dǎo)致“電子雪崩”的正電荷和負(fù)電荷。最終，這條通道將正電荷和負(fù)電荷連接起來(lái)，此時(shí)就會(huì)觸發(fā)巨大的電流，我們稱(chēng)之為閃電。
麥克戈曼說(shuō)：“可以把它想象成一個(gè)巨大的火花，從云里冒出來(lái)?！庇袝r(shí)，通常包含正電荷的云層較低區(qū)域，其自身沒(méi)有足夠的電荷來(lái)阻止通道。于是，閃電持續(xù)增長(zhǎng)，向下延伸到地面。當(dāng)發(fā)生這種情況的時(shí)候，會(huì)觸發(fā)一道擁有巨大電流的閃電，將雷暴云的一部分電荷傳輸?shù)降孛?。?dāng)我們想到閃電時(shí)，大多數(shù)人通常會(huì)想到這些云地之間的通道，叉狀的閃電猛烈地?fù)粝虻乇怼?/p>
但是，是什么因素限制了這些巨型閃電的規(guī)模呢？
幾十年來(lái)，研究人員一直試圖回答這個(gè)問(wèn)題。在垂直方向上，閃電的范圍受到風(fēng)暴云高度的限制，也就是從地面到云層頂點(diǎn)的距離——最高約為20公里。但是在水平方向上，一個(gè)更廣闊的云系統(tǒng)提供了更大的空間。
早在1956年，一位名為邁倫·利達(dá)（Myron Ligda）的氣象學(xué)家就證明了這一點(diǎn)，他用雷達(dá)探測(cè)到當(dāng)時(shí)有記錄以來(lái)最長(zhǎng)的閃電——跨度長(zhǎng)達(dá)100公里。
然后，在2007年，研究人員打破了記錄，在俄克拉荷馬州發(fā)現(xiàn)了一道長(zhǎng)達(dá)321公里的閃電。麥克戈曼和同事們最近的研究又超越了這一數(shù)字。據(jù)研究人員計(jì)算，他們發(fā)現(xiàn)的這道“巨閃”發(fā)出了異常強(qiáng)烈的閃光，照亮了67845平方公里的地面。然而，即使是這樣的閃電也被后來(lái)的發(fā)現(xiàn)超越了。在近期發(fā)表于《地球物理研究期刊：大氣》（JGR atmosphere）的一項(xiàng)研究中，科學(xué)家描述了一次跨越673公里的閃電。
這樣的巨型閃電十分罕見(jiàn)，但現(xiàn)在我們有了探測(cè)它們的技術(shù)，可以更頻繁地發(fā)現(xiàn)它們?？茖W(xué)家已經(jīng)不僅僅依靠使用天線(xiàn)和雷達(dá)的地基系統(tǒng)，而是開(kāi)始從更加有利的位置——人造衛(wèi)星——來(lái)觀(guān)察閃電。最近兩次破紀(jì)錄的閃電都是通過(guò)名為“地球同步閃電成像儀”（Geostationary Lightning Mapper）的技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的。在環(huán)繞地球的兩顆衛(wèi)星上都安裝了這種傳感器，能提供其下方地球風(fēng)暴系統(tǒng)的大范圍圖像。
麥克戈曼說(shuō)：“這個(gè)系統(tǒng)可以對(duì)云層頂部發(fā)出的光做出反應(yīng)，因此我們可以看到閃電發(fā)出的光，然后繪制它的地圖，幾乎可以覆蓋整個(gè)半球?！?/p>
高分辨率的衛(wèi)星圖像結(jié)合地面“閃電成像陣列”（Lightning Mapping Array）的數(shù)據(jù)，為我們顯示了2017年10月那次閃電的巨大范圍。
然而，我們?nèi)匀徊恢肋@些巨大的電子光源是如何增長(zhǎng)到如此之長(zhǎng)的。研究人員認(rèn)為，云的大小是一個(gè)因素，因?yàn)樵葡到y(tǒng)越大，就越有可能發(fā)生閃電。麥克戈曼補(bǔ)充道，巨型閃電的形成還需要一定的“中尺度過(guò)程，即大規(guī)模的氣流，使該系統(tǒng)能夠結(jié)合在一起，持續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間”。
那么，在這些巨型云所搭建的舞臺(tái)上，閃電內(nèi)部到底發(fā)生了什么呢？英國(guó)曼徹斯特大學(xué)研究雷暴起電現(xiàn)象的克里斯多夫·埃莫西奇（Christopher Emersic）說(shuō)：“這些超級(jí)大雷暴看起來(lái)就像是連續(xù)不斷的放電?！?/p>
他假設(shè)，如果一個(gè)云系統(tǒng)在一大片區(qū)域內(nèi)高度帶電，那么一系列的放電就會(huì)像一排倒下的多米諾骨牌一樣穿過(guò)這一區(qū)域?！叭绻嗝字Z骨牌之間都沒(méi)有太大的間隙，一個(gè)觸發(fā)另一個(gè)，形成一連串的骨牌倒塌。另一方面，如果觸發(fā)‘失敗’，在這種情況下，你只能看到一次更小型的空間閃電事件，而不是一次巨閃?！?/p>
母云越大，放電繼續(xù)傳播的機(jī)會(huì)就越多。埃莫西奇說(shuō)：“因此在原理上，如果電荷結(jié)構(gòu)有利，巨閃云可以和母云一樣大。”
這也意味著可能存在比目前已觀(guān)察到的更大的閃電。麥克戈曼說(shuō)：“風(fēng)暴可以比我們所測(cè)量的那些更大。”換句話(huà)說(shuō)，我們?nèi)匀徊恢雷畲蟮拈W電到底有多大。
盡管超級(jí)閃電很切合世界末日的景象，但它們并不一定比普通閃電更危險(xiǎn)，“空間上跨度很廣的閃電并不一定意味著攜帶更多的能量，”埃莫西奇解釋道。此外，由于產(chǎn)生巨型閃電的云系統(tǒng)是如此龐大，因此很難預(yù)測(cè)它們。
“這樣的事件經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致遠(yuǎn)離對(duì)流中心閃電活躍區(qū)域的地方受到地面雷擊，”埃莫西奇說(shuō)，“地面上的人可能以為風(fēng)暴已經(jīng)過(guò)去，但卻被一場(chǎng)似乎不知從何而來(lái)、在空間上非常廣闊的放電給嚇了一跳?！?/p>
埃莫西奇表示，在全球變暖的背景下，引發(fā)超級(jí)閃電的風(fēng)暴類(lèi)型也有可能增加，“因此，間接地，合適的條件更有可能形成，從而使它們發(fā)生的頻率增加?！?/p>
不過(guò)，就目前而言，超級(jí)閃電并不常見(jiàn)。麥克戈曼估計(jì)，它們只占閃電總量的1%。不過(guò)，也許在不久的將來(lái)，像他這樣的研究人員就可能會(huì)發(fā)現(xiàn)更加驚人的巨型閃電，讓人們對(duì)大自然的造化驚嘆不已。
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