闪电有哪些不同类型?

闪电有哪些不同类型?-有意思吧
爱荷华州暴风雨中云对地闪电。(Photo: Kevin Skow/NOAA Photo Library)

虽然我们倾向于认为闪电是一种从天空坠落到地面的闪电,但闪电可以击中地面,也可以击中云层或空气。根据美国国家强风暴实验室(National Severe Storm Laboratory)的数据,云层内闪电的数量是云层对地面闪电数量的5到10倍。下面我们来看看雷暴中可能出现的不同类型的闪电。

云地闪电

当负电荷在雷暴底部增长时,正电荷开始聚集在地表以下,无论风暴走到哪里,都会被遮蔽。这是造成几乎所有云对地闪电的原因,如图所示。在云对地闪电的作用下,一个阶梯式引线从负云层底部向下倾斜,在它的行进过程中被一根叫做“正流线”的电离空气柱拦截,该电离空气柱从带正电荷的地面向上喷射,与引线相遇。当两者连接时,云层和地面之间会产生一股猛烈的电流,形成闪电。

几乎任何在雷暴下接地的物体或有机体都可能吸引一个步进先导,但闪电是懒惰的,所以越近越好。树木、高楼大厦、高塔和天线是最受欢迎的目标,与民间智慧相反,闪电可以击中两次。

云内闪电和云间闪电

闪电有哪些不同类型?-有意思吧
云内闪电从不离开云形成的地方。(Photo: NOAA)

地球上约有四分之三的闪电从未离开云层形成的地方,而是满足于在风暴中找到另一个相反带电粒子的区域。这些撞击被称为“云内闪电”,但有时也被称为“片状闪电”,当它们从我们的有利位置照亮云层表面的发光片时。“蜘蛛闪电”(见下图)发生在分支螺栓沿着云的底部爬行时。

闪电有哪些不同类型?-有意思吧
蜘蛛闪电是一种长时间的、水平移动的闪电,经常出现在云的底部。(Photo: NOAA)

闪电有时也会离开云层而停留在天空中,这种现象可以有多种形式。它可能会跳到另一片云上,或者如果附近积聚了足够的电荷,它可能会直接撞击风暴周围的空气。

虽然基于云的闪电通常不会影响到地面上的人类,但它可以对我们的飞机、火箭和其他飞行器造成严重破坏。飞机的飞行路径常常直接导致客机穿过大型雷暴,虽然闪电通常在飞机外部经过,但在这种情况下很难完全保护任何电力系统。2009年,该公司管理人士说,法航447航班在飞越大西洋之前可能被闪电击中——它在失去两个电力系统的电力之前撞上了一场热带风暴——尽管许多其他因素可能加剧了这种情况。位于卡纳维拉尔角的美国宇航局工程师也经常受到来自佛罗里达州夏季无情雷暴的闪电的困扰,这会推迟发射,损坏昂贵的设备。

晴天霹雳

闪电有哪些不同类型?-有意思吧
佛罗里达大学闪电研究小组用高速摄像机捕捉到了这一蓝色闪电。(Photo: University of Florida Lightning Observatory)

大多数雷击都是负面的,从云层底部降到带正电荷的地面。但是在大型雷暴中,一个带正电的超级闪电可能会从云的上部区域发射出来,在撞上带负电的地球的一个较远的区域之前远离风暴。有时长达25英里,这些雷暴袭击了甚至不知道附近有雷暴的人,因此得名“晴天霹雳”。除了隐形和罕见,蓝色的闪电比普通的闪电威力更大,因此会造成更多的人身和财产伤害。

2019年5月,佛罗里达州的一名女子无意中捕捉到了这道正向闪电。窗户哗啦哗啦地响着——她又说:

球状电闪

据报道,在世界各地的雷暴期间都有漂浮的电团存在,甚至在实验室里重现过,但事实证明,这种现象很难在自然界中得到证实。如果自然球状闪电确实存在,它是短暂的、不稳定的、罕见的。

科学家们对球状闪电的性质也有一个有趣的理论。在2018年3月发表的一项研究中,研究人员创造了一种被称为玻色-爱因斯坦凝聚态的物质的过冷状态,然后将其磁场绑成一个复杂的结。这就产生了一种名为“尚卡尔·斯基米昂”的量子物体,这一理论在40多年前就已经提出,但从未在实验室中被成功创造出来。

根据阿默斯特大学(Amherst University)的一份声明,skyrmion是“原子磁矩的打结结构”,本质上是一组相互连锁的磁场。(据《生活科学》报道,它有点像一串相互连接的钥匙圈。)研究人员指出,这种打结磁场是球状闪电拓扑理论的关键,该理论描述了受打结磁场约束的热气体等离子体。从理论上讲,球状闪电比典型的闪电持续的时间要长得多,因为要“解开”固定等离子体的磁结非常困难。

瞬变光学事件

还有另一个世界,有着大多数人从未见过的怪异幽灵般的光芒,在风暴上方的高层大气中翩翩起舞。它们并不是传统意义上的闪电——“瞬态发光事件”或“大气光学现象”是首选术语——但我们对它们仍知之甚少。

闪电有哪些不同类型?-有意思吧
从飞机上拍摄的小精灵的彩色图像(Photo: NASA/University of Alaska Fairbanks/Wikimedia Commons)

精灵是出现在活跃雷暴正上方的巨大闪光,通常与下方强大的带正电荷的云对地闪电相对应。也被称为“红色精灵”,因为它们大多数都是红色的,这些纤细的耀斑可以从云顶射出60英里,尽管它们的电荷很弱,持续的时间很少超过几秒钟。人们将小精灵的形状与圆柱、胡萝卜和水母进行了比较,但它们微弱的电荷和柔和的光意味着它们很少用肉眼看到——事实上,直到1989年才有照片证明它们的存在。然而,从那时起,成千上万的小精灵被从地面、飞机和太空拍摄下来。

闪电有哪些不同类型?-有意思吧
蓝色喷流只持续了几分之一秒(Photo: NOAA)

蓝色喷流就是它们的声音:蓝色能量束从雷暴的顶部喷射到周围的天空。尽管名字很简单,但它们是更神秘的瞬态发光事件之一,因为它们与云对地闪电没有直接联系,也不与当地磁场对齐。当发光的蓝白相间的条纹从云层中出现时,它们向上延伸成狭窄的锥状,逐渐散开,并在约30英里的高度消散。蓝色的喷气式飞机只能持续一小段时间,但飞行员们亲眼目睹了这一切,甚至还拍下了视频。

闪电有哪些不同类型?-有意思吧
这张小精灵的照片是由犹他州立大学的空间动力学实验室拍摄的(Photo: Utah State University)

就像精灵一样,出现在活跃的云对地闪电区域,也存在于电离层中。这些发光的、快速膨胀的圆盘可以延伸300英里,但它们的持续时间不到千分之一秒,即使没有雷暴,也很难发现它们。NASA在1992年发现了精灵,当时航天飞机上的一个低光摄像机拍下了精灵的活动,科学家们认为精灵是由雷暴中射入电离层的电磁脉冲引起的。

闪电有哪些不同类型?-有意思吧
闪电事件包括精灵和蓝色喷流。(Photo: NOAA)

闪电安全

在过去的30年里,每年死于闪电的美国人比死于飓风或龙卷风的美国人还多,但由于死亡的时间和距离更广,这是“最被低估的天气灾害”,NOAA称。

由于某种原因,死于雷击的男性比女性多得多——自2006年以来,美国超过78%的雷击死亡病例是男性。闪电在美国某些地区也更为频繁和严重,尤其是佛罗里达州、德克萨斯州和墨西哥湾附近的其他州。

云对地闪电可以以多种方式袭击人。在雷暴期间,或者雷暴前30分钟或雷暴后30分钟,到户外去不是一个好主意,站在树或杆子之类的高东西附近也不是一个好主意。但无论如何,理想情况下你应该待在室内。

最好的地方是有管道和电线的建筑物,因为它们的导电性比人体更好。开口暴露的建筑物不安全,包括棚屋、车库、野餐棚、棒球掩体和露天体育场。如果你被困在外面,试着进入一个封闭的金属车内,车窗卷起,避免开着敞篷车、高尔夫球车、拖拉机或建筑设备。

游泳池在雷暴期间是出了名的危险,因为水很容易导电。除了金属——另一种顶级导体——水还能帮助闪电侵入我们的家庭和企业,让它通过管道和电力系统进入。螺栓可能直接击中建筑物或穿过电源线,有可能触电任何正在洗澡、使用电脑或打电话的人(固定电话是主要风险;一般来说,手机在暴风雨中使用是安全的)。即使没有龙卷风,建筑物最安全的部分是内部,远离窗户、水和电器。

MNN

「点点赞赏,手留余香」

    还没有人赞赏,快来当第一个赞赏的人吧!
0 条回复 A 作者 M 管理员
    所有的伟大,都源于一个勇敢的开始!
欢迎您,新朋友,感谢参与互动!欢迎您 {{author}},您在本站有{{commentsCount}}条评论