1樓:匿名使用者
被人們研究得比較詳細的是線狀閃電,我們就以它為例來講述閃電的結構。閃電是大氣中脈衝式的放電現象。一次閃電由多次放電脈衝組成,這些脈衝之間的間歇時間都很短,只有百分之幾秒。
脈衝一個接著一個,後面的脈衝就沿著第一個脈衝的通道行進。現在已經研究清楚,每一個放電脈衝都由一個「先導」和一個『回擊」構成。第一個放電脈衝在爆發之前,有一個準備階段—「階梯先導」放電過程:
在強電場的推動下,雲中的自由電荷很快地向地面移動。在運動過程中,電子與空氣分子發生碰撞,致使空氣輕度電離併發出微光。第一次放電脈衝的先導是逐級向下傳播的,象一條發光的舌頭。
開頭,這光舌只有十幾米長,經過千分之幾秒甚至更短的時間,光舌便消失;然後就在這同一條通道上,又出現一條較長的光舌(約30米長),轉瞬之間它又消失;接著再出現更長的光舌……光舌採取「蠶食」方式步步向地面逼近。經過多次放電—消失的過程之後,光舌終於到達地面。因為這第一個放電脈衝的先導是一個階梯一個階梯地從雲中向地面傳播的,所以叫做「階梯先導」。
在光舌行進的通道上,空氣已被強烈地電離,它的導電能力大為增加。空氣連續電離的過程只發生在一條很狹窄的通道中,所以電流強度很大。
由以上可以看出,閃電的速度肯定不是光速,但是也很難有一個標準的速度,如果一定要說,可以通過上面的資料估算出每秒鐘幾十至幾百公里。
2樓:過勳鬆
閃電的速度近似於光速.
299792458米/秒。
閃電究竟有多快
3樓:爵爺
究竟什麼引發了閃電? 答案可能並不存在於地球上 當閃電發生時,在地球的大氣層中會發生約10次叉狀閃電(閃電的枝如果看來同時到達地面,則稱為叉狀閃電)。每次閃電都以光速的1/3行進,溫度熱到接近太陽的光環,攜帶著大約是現在家用電流10,000倍的電量。
更奇怪的是,每年閃電引發了北美三分之一的停電,而在世界範圍內每年被雷劈死的人也有數以百記。 閃電所攜帶的電能也是研究人員長期以來困惑的原因。2023年,本傑明?
富蘭克林將一個風箏放飛到暴風雨的雲層中,證明了它可以被充電。但是,在一朵雲中,相對適度的內建電荷能引起令人印象深刻的閃電秀,仍然是未解之謎。在美國墨爾本佛羅里達技術學院研究閃電的喬?
杜威說:「沒有人理解這裡將發生什麼,人們都在猜測,但我們沒有線索,幾百年過去了,這種情景實在讓人難堪。」 現在,這個謎就要被揭開了。
x射線發射對閃電探測到的結果,為我們曾經一度頗有爭議的理論得到了最初的證實,即:閃電來自外太空。 閃電來自宇宙射線的趣聞報告 閃電是儲存在電場中的幽閉電荷的釋放。
在一朵雷雨雲中,電場是由冰粒子之間的碰撞產生的。電荷大體上是陰性的,會誘導地面千萬米以下的正電。最終,閃電和地表之間的空氣被電離,且從雲到雲或從雲到地引導電荷作為霹靂閃電釋放。
但是,在這個解釋中有個問題——空氣只可能在電場達到每米2500千伏時才能電離。幾個世紀以來,人們經常用風箏、氣球和飛機進行危險的測量,獲得了很多雷雲區域的測量資料。2023年,一位**科學家在試圖複製富蘭克林風箏飛行實驗的時候不幸被雷電擊斃。
但是,沒有人發現暴風雲中存在足夠強到可以引發空氣電離的電場。典型的電場電壓在每米100千伏到400千伏,比空氣電離所需要的電場的1/10還要小。 有些人爭論,研究閃電的科學家可能只是簡單地錯過了小範圍的高強電場。
美國大平原上的大暴風雨可以到達10千米高,跨越100,000平方公里。就算相對小的雷暴也可以覆蓋2500平方公里。英國曼徹斯特大學的大氣物理學家克萊夫?
梭德就認為在空中某個地方有可能存在強電場。但越來越多的流行解釋是:人們一直沒有發現過強電場,是因為高空根本沒有強電場。
在美國快城南達科他採礦技術學校工作的閃電模型師約翰?海爾森說:「我們所做的看不見強電場的測驗越多,我們錯過它們的機會越少。
」 幾年以前,閃電科學家開始尋找其他可能引發空氣電離的方式,現在已經有了明確的假設:宇宙射線。它們是接近光速直衝太空的高能粒子,每秒鐘數以千計的高能粒子轟擊每平方米的地球大氣層,很多宇宙射線都僅僅是銀河間的穿行。
1992莫斯科p.n.lebedev物理研究所的亞歷山大和古列耶維奇提出一種假說,認為宇宙射線可能形成了閃電。
當一道宇宙射線衝擊地球的大氣時,它可以撞擊到空氣分子,使之電離,並生成一種極高能量的電子。在靠近一個暴雨雲中的電場中,這種電子可以加速到接近光速,然後就撞擊和電離其他的空氣分子。然後在系列反映中產生出越來越多的電子。
這種接下來的電子雪崩能夠電離空氣,允許電荷流動。古列耶維奇稱這種理論為「逃逸崩潰」(runaway breakdown)。這種理論最初被認為是相當不入流的,但由於缺乏其他的解釋,現在已經變成了主流。
該理論的主要優勢就是它並不需要一個很大的電場去啟動——大約每米300千伏,和一般暴風雲中的測量到的電場強度類似。而接近光速的運動電子可以散發出如x光或伽馬射線一樣的高能輻射,這給驗證這個理論提供了一種途徑。 發現趣聞報告的證據 2023年,美國新墨西哥採礦技術研究所的查理?
摩爾和同事首次發現了這種逃跑崩潰理論的直接證據。他們從一個附近的先頭閃電中錄製了x射線的發射。這種先頭的閃電幾乎是以不可見的電流蹣跚抵達地表的。
每個閃電可達50米到100米長,有50微秒的間隔隔開。通常先頭的閃電是負電的,但當它接觸到地表的時候,一下子收集到正電電荷隨即被拽到天空。當這兩個路徑相遇的時候,天和地之間就形成了迴路,閃電就被釋放出來了。
幾十年來出現過不少關於閃電發出x光的趣聞報告,但摩爾的報告讓研究人員們興奮不已,美國佛州國際閃電研究和測試中心的副主任馬丁?休曼說:「摩爾的觀察讓很多人認為能量輻射可能是真的,但是這個問題仍然需要證實或否定,我們仍然不能確定它不是一個謬誤。
」 杜威、休曼和同事開始用另一種方式來驗證該理論。他們通過向暴雨雲中發射火箭來引發它們產生閃電,休曼說,這樣比干等著自然閃電出現有好處。他說,「你可能等了一個夏天才等來一兩次可以看到的閃電雷鳴。
」根據摩爾的報告,這些科學家們從2023年,開始用x射線探測器觀察這些人造的閃電。令人吃驚的是,在2023年的夏天他們觀察到的31次閃電有31次放射出x射線,似乎這些火箭引發了逃逸崩潰,或許,也正是宇宙射線導致了自然界的閃電。 研究人員從最原始的觀察開始,逐漸改進他們的x射線能量的測量方法。
去年他們用大約150,000電子伏特的測能裝置記錄到x射線爆發的微秒瞬間。這種能量符合一次逃逸崩潰中的電子能量,它們大約在50米左右的距離內噴流,這是發生一次z字形閃電步驟的典型距離。杜威對這樣的研究結果特別滿意,他說:
「分佈的過程決定閃電要向**去,以及如何分叉。但是閃電的步幅特別神祕,沒有人準確地知道它下步怎麼走和為什麼要那樣走。」 逃跑崩潰理論解釋了這一點。
在崩潰被引發前它在空氣中很短距離內建立起電場,然後,這些電荷移動到另一個位置,又重新建立起一個電場。 然而,正如人們發現的有關逃跑崩潰理論的證據一樣,這一理論中宇宙射線引發電子噴流的線索也日益增多。今年2月,美國密西西比大學的托馬斯?
馬歇爾和同事發表了一篇報告:他們在美國新墨西哥州的一座山上的暴風雨雲中用氣球測量,把一個攜帶著電場的遙控氣球發射到暴雨雲中,通過變換氣球的位置比較了閃電的時間和位置。兩個閃電發生之時正是在雲端電場從開始的281千伏/米過渡到逃逸崩潰的剎那間。
宇宙射線如何誘發閃電 但是,研究人員觀察到一個奇怪的現象,他們仔細研究了他們發現的三次閃電中的一次,結果是即便區域性天空中的電場達到345千伏/米,它也會在接地閃電前停留整整40秒。閃電為什麼要延遲?馬歇爾說,「它可能正是在等待一條更大的宇宙射線將其發射出來。
」這正是逃逸崩潰理論的未解問題:如果逃逸崩潰恰恰是被宇宙射線所激發的,那麼宇宙射線到底是如何誘發了這種高能放電呢? 2023年,古列耶維奇假設,你可能需要一個能量至少在1016電子伏特的粒子,但是這種能量的宇宙射線僅以每50秒1次的速度襲擊每平方米的地表,這種頻率不足以說明全球的閃電活動。
當杜威再次檢視了2023年到2023年x射線能量儀記錄的先頭閃電。他發現這些資料表明,逃逸電子的能量比古列耶維奇**的宇宙射線的噴流小20倍。馬歇爾認為這是非常令人困惑的。
但是,杜威的觀察僅僅是利用x射線測量先頭閃電。古列耶維奇的宇宙射線**可能還是要應用在雲端逃逸崩潰的起始上。 2023年夏天,杜威從一朵打閃的雲上記錄了一次比x射線爆發更厲害的伽馬射線爆發,這種高能事件更符合古列耶維奇的**。
雲端上伽馬射線的爆發已被較為詳盡地研究過,因為人們可以通過衛星從上面觀察它。最開始的時候,這些閃電理論學家都對伽馬射線的閃爍感興趣,因為他們認為這可能與另外一個閃電之謎——「精靈」有關。精靈是由『雲頂』向『中氣層』放電的一種現象。
『中氣層』所涵蓋的範圍約在高度四十千米到九十千米這段區域(暴雨雲大約距離地面10千米到16千米)。 杜克大學的「精靈」研究者史蒂夫?庫莫爾指出,rhessi從上面可以看到伽馬射線的閃爍並計出精靈的位置和時間交疊。
但他研究26條閃爍的伽馬射線,沒有一條和一個精靈閃電有關。它們似乎都來自雷雲高度的區域而不是更高一疇的精靈所發生的區域。 庫莫爾指出,「當然,看起來像是陸地上的伽馬射線閃爍與閃電的發動過程有關。
」但是該理論還存在一些問題:比如地面上沒有足夠的伽馬射線爆發來說明地球上所有的閃電活動。 不管怎麼說,研究人員開始確信,閃電是由某種逃逸崩潰所引發的。
而且他們已經得到了高空中雲層中的一些宇宙射線可能誘發閃電的間接證據。但是,迄今為止,科學家還不能確定逃逸崩潰總是由宇宙射線導致的。
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