北京時(shí)間12月18日消息，據國外媒體報道，　2017年10月22日，積聚在美國中部上空的風(fēng)暴云釋放出一道巨大的閃電，照亮了德克薩斯州、俄克拉荷馬州和堪薩斯州的天空。這次震動(dòng)橫貫這三個(gè)州超過(guò)500公里，規模之大前所未有。一組研究人員寫(xiě)了一份關(guān)于這次閃電的研究報告，將其形容為“巨閃”(megaflash)。這是有史以來(lái)最長(cháng)的閃電之一。

　　一般來(lái)說(shuō)，正常的閃電長(cháng)度在1到20公里之間，但隨著(zhù)測繪技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，一些真正巨大的閃電逐漸進(jìn)入我們的視線(xiàn)。最近的一些發(fā)現提出了一個(gè)有趣的問(wèn)題：閃電的規模究竟能達到多大?我們應該擔心這些大氣中的“重量級選手”嗎?

　　當強正電荷在雷暴云的一個(gè)區域發(fā)展，而強負電荷在另一個(gè)區域發(fā)展時(shí)，它們之間就會(huì )產(chǎn)生電流，進(jìn)而產(chǎn)生閃電。美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)的物理學(xué)家和高級研究員唐·麥克戈曼(Don MacGorman)參與了2017年“巨閃”研究報告的撰寫(xiě)，他說(shuō)：“閃電是在一個(gè)電力非常強的地方產(chǎn)生的。它們變得足夠強大，以至于空氣再也承受不住電的力量，進(jìn)而被分解。”

　　這意味著(zhù)，隨著(zhù)電壓的增長(cháng)，局部空氣的絕緣能力被破壞。研究人員認為，這是由于過(guò)量的電磁力開(kāi)始加速空氣中的自由電子(沒(méi)有附著(zhù)在原子或分子上的電子)，使其他電子從原子和分子中脫離出來(lái)。麥克戈曼說(shuō)：“科學(xué)家稱(chēng)這個(gè)過(guò)程為電子雪崩，這就是我們所說(shuō)的空氣分解。”

　　這一過(guò)程最終會(huì )在空氣中形成一個(gè)非常熱的通道，就像一根電線(xiàn)，其兩端向外延伸，通往導致“電子雪崩”的正電荷和負電荷。最終，這條通道將正電荷和負電荷連接起來(lái)，此時(shí)就會(huì )觸發(fā)巨大的電流，我們稱(chēng)之為閃電。

　　麥克戈曼說(shuō)：“可以把它想象成一個(gè)巨大的火花，從云里冒出來(lái)。”有時(shí)，通常包含正電荷的云層較低區域，其自身沒(méi)有足夠的電荷來(lái)阻止通道。于是，閃電持續增長(cháng)，向下延伸到地面。當發(fā)生這種情況的時(shí)候，會(huì )觸發(fā)一道擁有巨大電流的閃電，將雷暴云的一部分電荷傳輸到地面。當我們想到閃電時(shí)，大多數人通常會(huì )想到這些云地之間的通道，叉狀的閃電猛烈地擊向地表。

　　但是，是什么因素限制了這些巨型閃電的規模呢?

　　幾十年來(lái)，研究人員一直試圖回答這個(gè)問(wèn)題。在垂直方向上，閃電的范圍受到風(fēng)暴云高度的限制，也就是從地面到云層頂點(diǎn)的距離——最高約為20公里。但是在水平方向上，一個(gè)更廣闊的云系統提供了更大的空間。

　　早在1956年，一位名為邁倫·利達(Myron Ligda)的氣象學(xué)家就證明了這一點(diǎn)，他用雷達探測到當時(shí)有記錄以來(lái)最長(cháng)的閃電——跨度長(cháng)達100公里。

　　然后，在2007年，研究人員打破了記錄，在俄克拉荷馬州發(fā)現了一道長(cháng)達321公里的閃電。麥克戈曼和同事們最近的研究又超越了這一數字。據研究人員計算，他們發(fā)現的這道“巨閃”發(fā)出了異常強烈的閃光，照亮了67845平方公里的地面。然而，即使是這樣的閃電也被后來(lái)的發(fā)現超越了。在近期發(fā)表于《地球物理研究期刊：大氣》(JGR atmosphere)的一項研究中，科學(xué)家描述了一次跨越673公里的閃電。

　　這樣的巨型閃電十分罕見(jiàn)，但現在我們有了探測它們的技術(shù)，可以更頻繁地發(fā)現它們?？茖W(xué)家已經(jīng)不僅僅依靠使用天線(xiàn)和雷達的地基系統，而是開(kāi)始從更加有利的位置——人造衛星——來(lái)觀(guān)察閃電。最近兩次破紀錄的閃電都是通過(guò)名為“地球同步閃電成像儀”(Geostationary Lightning Mapper)的技術(shù)進(jìn)行測量的。在環(huán)繞地球的兩顆衛星上都安裝了這種傳感器，能提供其下方地球風(fēng)暴系統的大范圍圖像。

　　麥克戈曼說(shuō)：“這個(gè)系統可以對云層頂部發(fā)出的光做出反應，因此我們可以看到閃電發(fā)出的光，然后繪制它的地圖，幾乎可以覆蓋整個(gè)半球。”

　　高分辨率的衛星圖像結合地面“閃電成像陣列”(Lightning Mapping Array)的數據，為我們顯示了2017年10月那次閃電的巨大范圍。

　　然而，我們仍然不知道這些巨大的電子光源是如何增長(cháng)到如此之長(cháng)的。研究人員認為，云的大小是一個(gè)因素，因為云系統越大，就越有可能發(fā)生閃電。麥克戈曼補充道，巨型閃電的形成還需要一定的“中尺度過(guò)程，即大規模的氣流，使該系統能夠結合在一起，持續很長(cháng)一段時(shí)間”。

　　那么，在這些巨型云所搭建的舞臺上，閃電內部到底發(fā)生了什么呢?英國曼徹斯特大學(xué)研究雷暴起電現象的克里斯多夫·埃莫西奇(Christopher Emersic)說(shuō)：“這些超級大雷暴看起來(lái)就像是連續不斷的放電。”

　　他假設，如果一個(gè)云系統在一大片區域內高度帶電，那么一系列的放電就會(huì )像一排倒下的多米諾骨牌一樣穿過(guò)這一區域。“如果多米諾骨牌之間都沒(méi)有太大的間隙，一個(gè)觸發(fā)另一個(gè)，形成一連串的骨牌倒塌。另一方面，如果觸發(fā)‘失敗’，在這種情況下，你只能看到一次更小型的空間閃電事件，而不是一次巨閃。”

　　母云越大，放電繼續傳播的機會(huì )就越多。埃莫西奇說(shuō)：“因此在原理上，如果電荷結構有利，巨閃云可以和母云一樣大。”

　　這也意味著(zhù)可能存在比目前已觀(guān)察到的更大的閃電。麥克戈曼說(shuō)：“風(fēng)暴可以比我們所測量的那些更大。”換句話(huà)說(shuō)，我們仍然不知道最大的閃電到底有多大。

　　盡管超級閃電很切合世界末日的景象，但它們并不一定比普通閃電更危險，“空間上跨度很廣的閃電并不一定意味著(zhù)攜帶更多的能量，”埃莫西奇解釋道。此外，由于產(chǎn)生巨型閃電的云系統是如此龐大，因此很難預測它們。

　　“這樣的事件經(jīng)常會(huì )導致遠離對流中心閃電活躍區域的地方受到地面雷擊，”埃莫西奇說(shuō)，“地面上的人可能以為風(fēng)暴已經(jīng)過(guò)去，但卻被一場(chǎng)似乎不知從何而來(lái)、在空間上非常廣闊的放電給嚇了一跳。”

　　埃莫西奇表示，在全球變暖的背景下，引發(fā)超級閃電的風(fēng)暴類(lèi)型也有可能增加，“因此，間接地，合適的條件更有可能形成，從而使它們發(fā)生的頻率增加。”

　　不過(guò)，就目前而言，超級閃電并不常見(jiàn)。麥克戈曼估計，它們只占閃電總量的1%。不過(guò)，也許在不久的將來(lái)，像他這樣的研究人員就可能會(huì )發(fā)現更加驚人的巨型閃電，讓人們對大自然的造化驚嘆不已。
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