淺談閃電

生活科學趣談

在下則影片中,一架等候起飛的波音737-900R在亞特蘭大機場被雷擊中,幸好機上所有乘客與機組人員均平安無事

落雷時躲在汽車內是安全的,這是因為金屬具有電場屏蔽效應,因此可視為法拉第籠

登山時若烏雲密布並伴隨雷聲時,就應儘速離開高處;在平地則應迅速躲進建築物(ex.騎樓);倘若身處空曠地區無處可躲時(ex.高爾夫球場),上則影片的建議是「雙腳併攏採低姿勢蹲下」,因為這樣能減少跨步電壓

躲在樹下則十分危險,由於電流的熱效應會將樹汁汽化,所炸飛的樹木纖維非常尖銳,人也容易被雷擊中

也不可待在水中,以免成為容易導電的雷擊目標

接著來認識一下發生在地面附近的二種閃電形式:

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一、向下分支的雲對地閃電
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這是最常見的型態,因為積雨雲會在雲底蓄積負電荷,這是「萊納德效應 Lenard effect」所造成(註:閃電機制中的一種解釋)。因為從研究瀑布得知,當瀑布掉落的水在撞擊空氣後,因為摩擦起電,破碎的水滴攜帶正電荷,而空氣則攜帶負電荷。至於對流旺盛的上升氣流,因為將潮濕的空氣推向上方時,其中的水氣會因絕熱膨脹而冷凝成小水滴,這種小水滴就會隨著上升氣流被推向雲頂。基於靜電感應的機制,雲底蓄積的負電荷會將地面感應形成正電荷。雲底所累積的負電荷則因同性相斥,負電荷會逐漸向下伸展。上圖從屋頂與樹底在落雷之前的向上正電閃流,則是導引雷電的機制(ex.避雷針),從屋頂或樹梢向上流動的正電荷一旦與向下流動的負電荷連接,強大的電流於是開始流動而形成閃電,至於我們所看見閃電時的閃爍現象,則是電荷循著同一路徑迅速的重覆放電。下列這張怒髮衝冠的照片所顯示的意義是 → 頭頂上方雲層正蓄積著大量的電荷,雷電隨時就要打下來了!
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下則影片甚至都能聽到尖端放電的聲音

二、向上分支的地對雲閃電
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這種來自地面的尖端放電現象就是前面所提的向上閃流,此種型態相對比較少見,較常發生在非常高層的建築頂部或是通訊電塔處

 

延伸閱讀

紅色精靈(Red sprites)

藍色噴流(Blue jets)

常見的閃電是雷雨雲(thundercloud)內部電荷分布不平均的正負電荷間之放電,或者是雷雨雲下層與地面之間的放電,從而產生白色或淡黃色的光。

雷雨雲中高層的湍流亦可產生電荷分布不平均,位於中高層的分離電荷和該區域上方的異性電屏蔽層也存在著強大的電場。當這些電荷的放電噴流進入平流層時,由於會激發氮原子與氮分子,因而產生明亮的藍色輝光。其實這種藍色噴流並不罕見,只不過被下方的雷雨雲遮蔽了,所以才不容易被地面上的觀察者看到。

下列照片是從國際太空站所拍攝的藍色噴流,它從雷雨雲快速上升到平流層,其上方的圓環光暈位於大氣中的電離層,這是電磁脈衝源所引起的發光和極低頻擾動 ELVES(Emission of Light and Very Low Frequency perturbations due to Electromagnetic Pulse Sources),屬於高空大氣的一種 重力波(Gravity waves)