据国外新闻媒体报道,2017年10月22日,积聚在美国中部上空的风暴云释放出一道巨大的闪电,照亮了德克萨斯州、俄克拉荷马州和堪萨斯州的天空。这次轰动横贯这三个州逾越500公里,规划之大史无前例。一组研讨人员写了一份关于这次闪电的研讨报告,将其描绘为“巨闪”(megaflash)。这是有史以来最长的闪电之一。
一般来说,正常的闪电长度在1到20公里之间,但跟着测绘技能越来越先进,一些真实巨大的闪电逐步进入咱们的视野。最近的一些发现提出了一个风趣的问题:闪电的规划究竟能到达多大?咱们该忧虑这些大气中的“重量级选手”吗?
当强正电荷在雷暴云的一个区域开展,而强负电荷在另一个区域开展时,它们之间就会发作电流,从而发作闪电。美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的物理学家和高档研讨员唐·麦克戈曼(Don MacGorman)参加了2017年“巨闪”研讨报告的编撰,他说:“闪电是在一个电力十分强的当地发作的。它们变得满足强壮,以至于空气再也承受不住电的力气,从而被分化。”
这在某种程度上预示着,跟着电压的添加,部分空气的绝缘才能被损坏。研讨人员认为,这是因为过量的电磁力开端加快空气中的自由电子(没有附着在原子或分子上的电子),使其他电子从原子和分子中脱离出来。麦克戈曼说:“科学家称这样的一个进程为电子雪崩,这便是咱们所说的空气分化。”
这一进程终究会在空气中构成一个十分热的通道,就像一根电线,其两头向外延伸,通往导致“电子雪崩”的正电荷和负电荷。终究,这条通道将正电荷和负电荷连接起来,此刻就会触发巨大的电流,咱们称之为闪电。
麦克戈曼说:“能够把它幻想成一个巨大的火花,从云里冒出来。”有时,一般包括正电荷的云层较低区域,其本身没有满足的电荷来阻挠通道。所以,闪电持续添加,向下延伸到地上。当发作这种状况的时分,会触发一道具有巨大电流的闪电,将雷暴云的一部分电荷传输到地上。当咱们想到闪电时,大多数人一般会想到这些云地之间的通道,叉状的闪电猛烈地击向地表。
可是,是什么要素约束了这些巨型闪电的规划呢?
几十年来,研讨人员一向企图答复这样的一个问题。在笔直方向上,闪电的规模遭到风暴云高度的约束,也便是从地上到云层极点的间隔——最高约为20公里。可是在水平方向上,一个更宽广的云体系供给了更大的空间。
早在1956年,一位名为迈伦·利达(Myron Ligda)的气象学家就证明了这一点,他用雷达勘探到其时有记载以来最长的闪电——跨度长达100公里。
然后,在2007年,研讨人员打破了记载,在俄克拉荷马州发现了一道长达321公里的闪电。麦克戈曼和搭档们最近的研讨又逾越了这一数字。据研讨人员核算,他们发现的这道“巨闪”宣布了反常激烈的亮光,照亮了67845平方公里的地上。但是,即使是这样的闪电也被后来的发现逾越了。在近期发表于《地球物理研讨期刊:大气》(JGR atmosphere)的一项研讨中,科学家描绘了一次跨过673公里的闪电。
这样的巨型闪电十分稀有,但现在咱们有了勘探它们的技能,能够更频频地发现它们。科学家现已不仅仅依托运用天线和雷达的地基体系,而是开端从愈加有利的方位——人造卫星——来调查闪电。最近两次破纪录的闪电都是经过名为“地球同步闪电成像仪”(Geostationary Lightning Mapper)的技能进行丈量的。在盘绕地球的两颗卫星上都安装了这种传感器,能供给其下方地球风暴体系的大规模图画。
麦克戈曼说:“这个体系能够对云层顶部宣布的光做出反响,因而咱们咱们能够看到闪电宣布的光,然后制作它的地图,简直能够掩盖整个半球。”
高分辨率的卫星图画结合地上“闪电成像阵列”(Lightning Mapping Array)的数据,为咱们显现了2017年10月那次闪电的巨大规模。
但是,咱们依然不知道这些巨大的电子光源是怎么添加到如此之长的。研讨人员认为,云的巨细是一个要素,因为云体系越大,就越有或许发作闪电。麦克戈曼弥补道,巨型闪电的构成还需要必定的“中标准进程,即大规划的气流,使该体系能够结合在一起,持续很长一段时间”。
那么,在这些巨型云所建立的舞台上,闪电内部究竟发作了什么呢?英国曼彻斯特大学研讨雷暴起电现象的克里斯多夫·埃莫西奇(Christopher Emersic)说:“这些超级大雷暴看起来就像是接二连三的放电。”
他假定,假如一个云体系在一大片区域内高度带电,那么一系列的放电就会像一排倒下的多米诺骨牌相同穿过这一区域。“假如多米诺骨牌之间都没有太大的空隙,一个触发另一个,构成一连串的骨牌坍毁。另一方面,假如触发‘失利’,在这种状况下,你只能看到一次更小型的空间闪电事情,而不是一次巨闪。”
母云越大,放电持续传达的时机就越多。埃莫西奇说:“因而在原理上,假如电荷结构有利,巨闪云能够和母云相同大。”
这也代表着或许存在比现在已调查到的更大的闪电。麦克戈曼说:“风暴能够比咱们所丈量的那些更大。”换句话说,咱们依然不知道最大的闪电究竟有多大。
虽然超级闪电很切合世界末日的现象,但它们并不必定比一般闪电更风险,“空间上跨度很广的闪电并不必定意味着带着更多的能量,”埃莫西奇解释道。此外,因为发作巨型闪电的云体系是如此巨大,因而很难猜测它们。
“这样的事情经常会导致远离对流中心闪电活泼区域的当地遭到地上雷击,”埃莫西奇说,“地上上的人或许认为风暴现已曩昔,但却被一场好像不知从何而来、在空间上十分宽广的放电给吓了一跳。”
埃莫西奇表明,在全球变暖的布景下,引发超级闪电的风暴类型也有必定的或许添加,“因而,间接地,适宜的条件更有或许构成,从而使它们发作的频率添加。”
不过,就现在而言,超级闪电并不常见。麦克戈曼估量,它们只占闪电总量的1%。不过,或许在不久的将来,像他这样的研讨人员就或许会发现愈加惊人的巨型闪电,让人们对大自然的造化惊叹不已。