原创《雷电究竟从何而来》
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闪电和雷鸣总是一起出现,听到“轰隆隆’震耳欲聋的雷声,你感到害怕吗？雷电可谓大自然最惊心动魄的景象之一,特别是那些光华夺目、划破长空的闪电.那么雷电的本质是什么？雷电究竟从何而来？
世界各地平均每小时要下1800-2000场雷雨,每秒钟发出100次闪电.在24小时内,有大约850万次闪电袭击地面.有声有色的雷电并非虚张声势,它确实威力无穷.1975年,一次强大的闪电袭击了津巴布韦乌姆塔利城附近的一座茅屋,一下子击毙21人.在美国,平均每年被雷电直接击毙的人数超过125人,还有3万幢房屋和建筑物被摧毁.雷电常常是伴随狂风、暴雨、冰雹而来,还会劈坏树木、造成火灾、干扰无线电通信等,对人类造成了极大危害.
富兰克林揭示雷电本质
18世纪以前,流传着许多关于雷电的神话.人们对雷电究竟从何而来还一无所知,连少数科学家都以为雷电是毒气在空中爆炸.第一个揭穿雷电秘密的是美国著名学者本杰明·富兰克林.富兰克林在研究静电学时发现,空中的闪电与实验室的摩擦生电有很多相似之处.为了证实这一点,1752年夏天,富兰克林准备了一只用木条和丝手帕做成的大风筝,在风筝顶端缚上一根细铁丝,并把它与放风筝的麻绳连在一起,绳末系了一段不导电的绸带,以便抓握,而在麻绳与绸带之间再系上一把铁钥匙.当雷雨来临时,富兰克林带着小儿子奔向野外,顶着把风筝送上高空云层.一会儿,麻绳被淋湿,变成良导体,随着电光闪闪,雷声隆隆,风筝和绳索全都带了电,麻绳上原先披散的纤维都奇妙地直立起来.富兰克林觉得手有点儿发麻,他兴奋地把手指挨近那把铁钥匙,立刻就有电火花向手指飞来.这些现象与实验室中带电物体的性质完全相同,原来闪电不过是大气中的强烈放电现象！
其他各国也有不少人做了类似实验,俄国著名科学家罗蒙诺索夫和朋友利赫曼教授,各自把装在室外长铁杆的一端引进实验室内,制成“测雷机”,多次观察打雷时发出的电火花.在1753年7月26日的一次雷雨中,一个拳头大小的球状闪电落到利赫曼头上,将其击毙.这是人类在探索雷电之谜道路上付出的惨痛代价.
什么是雷雨云
闪电和雷鸣总是一起出现,但是打雷不一定就会下雨.人们通常把能制造雷电和雷雨的乌云叫做雷雨云.
通过大量探测,科学家发现：在雷雨云积极发展时,云体会开始带有大量电荷,而且总是在云体上部集中正电荷,云体下部集中负电荷.由于电的感应作用,又使雷雨云笼罩下的地面带有正电.这样,在云的上下部之间、云与云之间、云与地面之间,就会形成强烈的电场.随着电场两边电位差越来越大,正、负电荷间将发生击穿空气的放电现象,并激发空气发光,这就是闪电.每次闪电的电流可高达几万甚至几十万安培,温度高达两三万摄氏度,比太阳表面温度高出五倍.在狭窄的闪电通道中,空气被突然剧烈加热,迅速膨胀,然后空气体积又陡然缩小.空气由此发生振动,造成了轰隆隆的雷声.
球状闪电是怎样形成的
只要条件适宜,一团空气也可以燃烧.这种火焰多见于深夜,又没有显而易见的解释,由此引出大量神秘的遐想,也就不足为奇了.在中世纪的拉丁语中,这种球形火焰被称为“愚蠢的火焰”；在英国民间传说中,它被称为“火炬之灵”；现在,我们则更多地将它称为“鬼火”以及“球状闪电”.坊间传言,这些火球可能出现在坟墓上空,或者沿着河岸游荡,它可能预示着即将到达的地震,有时还会潜伏在飞机的走道上.
空中飘荡着的火球,其实有两种类型.一种是由有机生命体产生的,例如沼泽湿地或坟地中有机物的腐败分解,会产生甲烷和含磷的气体(比如磷化氢).这些气体接触到氧气之后自燃,飘荡在半空中,便形成俗称的“鬼火”.另一种火球,则是源于自然界中的放电过程.
例如地震时,地下的岩石碰撞挤压,可能会产生电荷,释放到地面上,与空气相互作用,放电形成火光.还有一些是在雷暴天气中,在大气中形成,这样的火球就被称为“球状闪电”.
球状闪电颜色多变,大小也各有不同,小者如玻璃弹珠,大者如户.球状闪电不仅发光,还会迸溅火花,发出“滋滋”的声响,散发出刺激性的气味.通常,球状闪电只能持续几秒钟,亮度如同一个明亮的家用电灯泡.球状闪电行踪多变,难以预料,人们很难为其找到一个明确的理论解释,但它们的诡异特征已经记载于近几个世纪的文献资料中.
已故的天文学家罗杰·詹尼森曾在1963年春天乘坐夜间航班穿过风暴.一道闪电击中飞机后,他目睹了一个篮球大小的球形闪电.詹尼森描述道：“球状闪电在驾驶舱出现,随后沿着机舱走道笔直地移动,始终保持着同样的高度.”
另一次球状闪电事件是英国一位女士在家中遇到的.当时她正坐在椅子上,忽然一个与西柚大小、边缘蓬松的橙色火球毫无征兆地穿过窗户进到室内.关闭的玻璃窗和百叶窗丝毫没有阻碍火球的移动.火球在肩膀高度上水平移动了大约10秒钟,紧接着爆发出一声惊雷,巨大的声响吓得女士直接从座椅上跳了起来.
根据上面这些描述,球状闪电能够穿过玻璃窗,还能直接在飞机内部形成,这些现象很难得到明确解释.而关于球状闪电的形成原因,科学家更是众说纷纭,这些理论甚至比球状闪电的物理性质本身还要复杂.我们不妨列举一些试图解释球状闪电本质的理论,包括认为它是一团炽热的硅粒子,或是一种天然核反应,或者是闪电诱发的癫痫幻觉,还有可能是小型黑洞,或是由纤维素和其他天然聚合物形成的复合物质,以及充斥着微波的等离子体气团等.
无数科学家为查明雷电之源绞尽脑汁
为什么雷雨云会带电？为什么雷雨云中的电荷总是呈上正下负的分布？自富兰克林揭示了雷电的本质之后,无数科学家为查明雷电之源绞尽脑汁,提出过许多种解释.这些解释大致归为三大类：第一类认为,雷雨云吸附了空气中带电离子而起电；第二类认为,云粒子受到外界电场感应,因为即使在晴朗时,大气也存在电场；第三类认为,带电云层是由于云粒子间的相变、摩擦、破碎等机械作用或云粒子的化学变化形成.
一位植物学家的意见也很有趣,他认为雷雨云中的电荷是由地面上的绿色植物产生的.树叶和青草会向大气分泌大量带有挥发性的有机物质,如芳香油等.在一定条件下,这些物质会分解出正离子,并在云表面形成电荷.为了证实这一假说,他计算出了植物产生的挥发性物质里所含的能量,其结果恰好等于地球上雷电释放的能量.他的第二个理由是：雷电发生在生长植物的地区.最强烈的雷电大多发生在热带森林上空,而在沙漠或两极这些不毛之地,几乎不出现雷电.在温带,随着春天大地上一片新绿的来临,雷雨季节也一起到来；叶落草枯的秋冬,雷电也就销声匿迹.
不过,大多数科学家还没能接受这一观点.他们更相信云层带电是水蒸气微粒在上升或下降过程中和空气发生摩擦导致的.雷电是大自然最常见的自然现象,尽管科学家提出了多种大相径庭的假说,但迄今为止,还没有一种假说能完美地说明雷电的起源.
(摘自《知识窗》《环球科学》)
雷电究竟从何而来论文参考资料：
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