這個假期你一定有很多出行計劃
可是伴隨著臺風(fēng)“杜蘇芮”來襲
各地出現(xiàn)了很多強(qiáng)降雨天氣
隨之而來的往往是電閃雷鳴
雷電似乎一直是夏季的代名詞
當(dāng)那一道道閃電劃破夜空
瞬間照亮一方
閃過一道美麗的弧線
引來很多攝影愛好者的駐足
希望抓拍到那一張驚艷四方的閃照
許多人追隨閃電的腳步
只為在高速攝影機(jī)下目睹它的真容
可是這時候
你心里是不是也在發(fā)怵
萬一它劈下來怎么辦
遇到雷雨天氣
到底哪里才是安全的
總說下雨天不要站在樹底下
那么閃電一定只劈最高的物體的嗎
在雷雨天氣頻繁的季節(jié)
怎么安全出行呢
帶著這些疑問
我們一起走進(jìn)
這讓我們既愛又怕的閃電
揭開它的神秘面紗
1、什么是閃電
閃電是由靜電放電產(chǎn)生的一種自然現(xiàn)象，發(fā)生在攜帶不同電荷兩個帶電區(qū)域之間，當(dāng)兩個帶電區(qū)域之間的電場足夠強(qiáng)，局部電壓達(dá)到空氣的擊穿電壓時，兩個區(qū)域之間的空氣可以被連續(xù)電離，空氣會被擊穿形成等離子體，這樣電流就會通過原來絕緣的空氣，形成閃電。根據(jù)發(fā)生區(qū)域的不同，閃電可以分為三類：云內(nèi)閃電、云間閃電和云地閃電。前兩種是最常見的閃電形式，云地閃電僅占所有閃電的大約 25%，但是由于其電對人類的生產(chǎn)生活影響較大，所以研究最多。
2、閃電是如何形成的
那么閃電是怎么形成的呢？在回答這個問題之前，我們先來看看云層內(nèi)的電荷是如何產(chǎn)生的。
云層帶電的詳細(xì)過程現(xiàn)在還沒有定論，不過大致上可以這樣理解：
在云團(tuán)內(nèi)溫度在-15℃~-25℃的范圍內(nèi)，存在著大量的冰晶和軟雹，它們在運(yùn)動的過程中相互碰撞，由于摩擦起電使冰晶帶正電、軟雹帶負(fù)電，冰晶質(zhì)量小，攜帶正電荷向上移動，軟雹質(zhì)量大，攜帶負(fù)電荷向下移動。從而使負(fù)電荷在云團(tuán)下部聚集，正電荷在云團(tuán)上部聚集。
云團(tuán)中正負(fù)電荷分離，形成很強(qiáng)的電場。
如果這兩個區(qū)域相對放電，就會產(chǎn)生云內(nèi)閃電。
我們平時看到的多數(shù)閃電屬于云內(nèi)閃電或者云間閃電，像這樣：
這樣的閃電只能看到亮光，但看不到閃電走過的軌跡，因?yàn)檫@些軌跡隱藏在云層之內(nèi)，這些閃電不會到達(dá)地面，對我們的影響較小，我們暫時不研究這些閃電。
下面我們來看云地閃電的形成過程。
如果云團(tuán)底部聚集的負(fù)電荷比較多，就會在地面感應(yīng)出正電荷，在云團(tuán)和地面之間就會形成強(qiáng)電場，云團(tuán)和地面之間的空氣就會電離，形成導(dǎo)電通道，云團(tuán)中的負(fù)電荷流向大地，形成云地閃電。
下面我們來詳細(xì)分析這一過程。
一次云地閃電由多次放電脈沖構(gòu)成，每一次放電脈沖又包括一次“先導(dǎo)”和一次“回?fù)?/strong>”。第一個放電脈沖爆發(fā)之前，有一個準(zhǔn)備階段：梯級先導(dǎo)放電。
在云層和地面之間強(qiáng)電場的作用下，負(fù)電荷向下移動，移動過程中，空氣不斷電離，形成一條發(fā)光的放電通道，在第一次電脈沖過程中，放電不是連續(xù)的，而是成階梯狀的，稱為梯級先導(dǎo)。每一級的長度約為 50 米，兩級階梯間約有 50us 的間隔，平均速率為 150km/s，約為光速的二千分之一，半徑約 1 到 10 米。因?yàn)橄葘?dǎo)常常分叉，所以閃電看起來像樹杈的形狀。
在梯級先導(dǎo)快要到達(dá)地面的時候，地面上的正電荷增多，地面和云層之間的電場增強(qiáng)，地面上的正電荷向上移動，與負(fù)電荷相遇，這樣就在云和地之間形成了一個通路，強(qiáng)大的電流以極快的速度由地面流向云層，這就是第一次放電脈沖，這個過程稱為“回?fù)?/strong>”，約需 70us 的時間，速度約為光速的十分之一至三分之一。
在回?fù)綦A段，會有多條正電束流產(chǎn)生，想要與向下的負(fù)電束流相遇，但是一旦一條通道閉合，電荷就會全部轉(zhuǎn)移到這條通道，形成強(qiáng)大的閃電。
一般云層內(nèi)能量比較高，一次脈沖不能把能量全部釋放，就會產(chǎn)生第二次電導(dǎo)和回?fù)簟Ｓ捎诘谝淮翁菁壪葘?dǎo)已經(jīng)把能量傳輸通道打通，后續(xù)先導(dǎo)直接沿著這一通道到達(dá)地面，稱為“直竄先導(dǎo)”，因此時間更快。這樣的過程反復(fù)進(jìn)行，直到云層中的電荷消耗殆盡。這就是我們看到的閃爍。
3、閃電的分類
前面我們提到，根據(jù)閃電產(chǎn)生的區(qū)域，可以將閃電分為：云內(nèi)閃電、云間閃電和云地閃電。
同時，根據(jù)電荷的流向，又可以將閃電又分為正閃電和負(fù)閃電。由云層流向地面的是正電荷稱為正閃電，反之則是負(fù)閃電。
一般閃電的能量大約為 3 億伏特，3 萬安培，由于正閃電的距離比負(fù)閃電長的多，能量、溫度都要比負(fù)閃電大得多，正閃電附近溫度可以達(dá)到 30000℃，是太陽表面溫度（5600℃）的 5 倍多，因此正閃電比負(fù)閃電更加危險。
一般情況下，正閃電只有一次回?fù)?/strong>（即只閃一次），而負(fù)閃電會有多次回?fù)?/strong>（即存在閃爍現(xiàn)象），可以利用這一特點(diǎn)來判斷一道閃電是正閃電還是負(fù)閃電。
那么下面小編就來考考你，看看以下兩種閃電分別屬于哪一類？
答案：負(fù)閃電
答案：正閃電
下次再遇到閃電，在拍照記錄的同時，也可以判斷一下是哪種閃電哦。
4、閃電一定只劈最高的物體嗎
要回答我們的問題其實(shí)很簡單，這要從尖端放電說起。
高中物理我們就學(xué)過，電荷在導(dǎo)體表面的分布規(guī)律，越尖銳的部位電荷越密集，電場就越強(qiáng)，越容易產(chǎn)生尖端放電。避雷針正是利用了這一原理。
地面上的建筑物或者一些凸起的物體，比如山頂、樹頂，相對于地面來說，就是“尖端”，因此當(dāng)云層向地面靠近的時候，這些“尖端”更容易聚集電荷，云層和“尖端”之間的空氣更容易被擊穿，從而遭受電擊。
雖然道理上來講閃電更喜歡高處的物體，但這不是絕對的，閃電畢竟是一種隨機(jī)的自然現(xiàn)象，每年因雷擊致死的人中就不乏在開車的路上，或者在船上遭受雷擊的例子。
5、關(guān)于閃電的一些小 tips
講了這么多，你們一定迫不及待地想要知道在戶外怎么躲避雷電了。其實(shí)相關(guān)的方法已經(jīng)耳熟能詳，但是小編要告訴你，雷雨天戶外沒有安全的地方。
如果在戶外遇到雷擊怎么辦？沒有室內(nèi)或其他保護(hù)設(shè)施可以進(jìn)去的情況下，最后可能保護(hù)你免受雷電傷害的方法是：
立即遠(yuǎn)離任何至高點(diǎn)，比如山頂、山脊或者房頂
遠(yuǎn)離空曠地帶，避免自己成為制高點(diǎn)
不要平躺在地上
不要在一棵孤立的樹下躲避
遠(yuǎn)離水源或?qū)w
不要在淺洞或淺溝壑躲避
躺下或蹲下都不是躲避雷擊的好辦法，要減小雷擊的概率，必須將高度和身體與地面的接觸面積都減到最小，而蹲下只是沒辦法的辦法，并且這不會顯著減少被雷擊中的概率，反而可能使你錯過最佳逃避的時機(jī)。所以躲避雷電最好的辦法還是不要待在戶外。
千萬不要等到快要被閃電擊中時才做出反應(yīng)。當(dāng)你的頭發(fā)豎起，或者有刺痛感的時候，可能已經(jīng)沒有辦法躲避電擊了，如果這種情況發(fā)生，你能做的就是盡可能快地跑向安全的地方。汽車，樓房等內(nèi)部都是安全的地方。
所以小編建議大家出行之前提前查一下當(dāng)?shù)氐奶鞖馇闆r，及時關(guān)注天氣預(yù)報，避免在雷雨天氣里出行。遇到閃電時，可以利用閃電和雷聲的傳播速度差粗略判斷閃電的距離。我們知道聲音在空氣中的傳播速度為 340m/s，光速為 300000km/s，如果看到閃電后 20 秒內(nèi)沒有聽到雷聲，說明閃電離我們較遠(yuǎn)，反之，說明閃電離我們較近，需要盡快找到建筑物躲避。在最后一聲雷過去 30 分鐘后，閃電的危險才能基本解除。
參考資料：
1、How Lightning Works-Weird World of Lightning
2、閃電（自然現(xiàn)象）_百度百科 (baidu.com)
3、Lightning - Wikipedia
4、野外防雷完全指南 - 知乎 (zhihu.com)
5、Lightning Faqs (weather.gov)
6、Lightning Safety Tips and Resources
本文來自微信公眾號：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：小聰
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