北京時間12月18日消息，據(jù)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。這次震動橫貫這三個州超過500公里，規(guī)模之大前所未有。一組研究人員寫了一份關(guān)于這次閃電的研究報告，將其形容為“巨閃”(megaflash)。這是有史以來最長的閃電之一。

　　一般來說，正常的閃電長度在1到20公里之間，但隨著測繪技術(shù)越來越先進，一些真正巨大的閃電逐漸進入我們的視線。最近的一些發(fā)現(xiàn)提出了一個有趣的問題：閃電的規(guī)模究竟能達到多大?我們應(yīng)該擔(dān)心這些大氣中的“重量級選手”嗎?

　　當(dāng)強正電荷在雷暴云的一個區(qū)域發(fā)展，而強負電荷在另一個區(qū)域發(fā)展時，它們之間就會產(chǎn)生電流，進而產(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，他說：“閃電是在一個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，進而被分解。”

　　這意味著，隨著電壓的增長，局部空氣的絕緣能力被破壞。研究人員認為，這是由于過量的電磁力開始加速空氣中的自由電子(沒有附著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。麥克戈曼說：“科學(xué)家稱這個過程為電子雪崩，這就是我們所說的空氣分解。”

　　這一過程最終會在空氣中形成一個非常熱的通道，就像一根電線，其兩端向外延伸，通往導(dǎo)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，此時就會觸發(fā)巨大的電流，我們稱之為閃電。

　　麥克戈曼說：“可以把它想象成一個巨大的火花，從云里冒出來。”有時，通常包含正電荷的云層較低區(qū)域，其自身沒有足夠的電荷來阻止通道。于是，閃電持續(xù)增長，向下延伸到地面。當(dāng)發(fā)生這種情況的時候，會觸發(fā)一道擁有巨大電流的閃電，將雷暴云的一部分電荷傳輸?shù)降孛?。?dāng)我們想到閃電時，大多數(shù)人通常會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(guī)模呢?

　　幾十年來，研究人員一直試圖回答這個問題。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的距離——最高約為20公里。但是在水平方向上，一個更廣闊的云系統(tǒng)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，他用雷達探測到當(dāng)時有記錄以來最長的閃電——跨度長達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(xiàn)了一道長達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(shù)字。據(jù)研究人員計算，他們發(fā)現(xiàn)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的發(fā)現(xiàn)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，但現(xiàn)在我們有了探測它們的技術(shù)，可以更頻繁地發(fā)現(xiàn)它們。科學(xué)家已經(jīng)不僅僅依靠使用天線和雷達的地基系統(tǒng)，而是開始從更加有利的位置——人造衛(wèi)星——來觀察閃電。最近兩次破紀錄的閃電都是通過名為“地球同步閃電成像儀”(Geostationary Lightning Mapper)的技術(shù)進行測量的。在環(huán)繞地球的兩顆衛(wèi)星上都安裝了這種傳感器，能提供其下方地球風(fēng)暴系統(tǒng)的大范圍圖像。

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

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

　　然而，我們?nèi)匀徊恢肋@些巨大的電子光源是如何增長到如此之長的。研究人員認為，云的大小是一個因素，因為云系統(tǒng)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“中尺度過程，即大規(guī)模的氣流，使該系統(tǒng)能夠結(jié)合在一起，持續(xù)很長一段時間”。

　　那么，在這些巨型云所搭建的舞臺上，閃電內(nèi)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(xiàn)象的克里斯多夫·埃莫西奇(Christopher Emersic)說：“這些超級大雷暴看起來就像是連續(xù)不斷的放電。”

　　他假設(shè)，如果一個云系統(tǒng)在一大片區(qū)域內(nèi)高度帶電，那么一系列的放電就會像一排倒下的多米諾骨牌一樣穿過這一區(qū)域。“如果多米諾骨牌之間都沒有太大的間隙，一個觸發(fā)另一個，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(xù)傳播的機會就越多。埃莫西奇說：“因此在原理上，如果電荷結(jié)構(gòu)有利，巨閃云可以和母云一樣大。”

　　這也意味著可能存在比目前已觀察到的更大的閃電。麥克戈曼說：“風(fēng)暴可以比我們所測量的那些更大。”換句話說，我們?nèi)匀徊恢雷畲蟮拈W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(tǒng)是如此龐大，因此很難預(yù)測它們。

　　“這樣的事件經(jīng)常會導(dǎo)致遠離對流中心閃電活躍區(qū)域的地方受到地面雷擊，”埃莫西奇說，“地面上的人可能以為風(fēng)暴已經(jīng)過去，但卻被一場似乎不知從何而來、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，就目前而言，超級閃電并不常見。麥克戈曼估計，它們只占閃電總量的1%。不過，也許在不久的將來，像他這樣的研究人員就可能會發(fā)現(xiàn)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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