閃電深度解析，盤點世界上所有閃電的類型

知識 05-01

閃電

閃電是什麼

氣流在雷雨雲中會因為水分子的摩擦和分解產生靜電。這些電分兩種：一種是帶有正電荷粒子的正電，一種是帶有負電荷粒子的負電。正負電荷會相互吸引，就像磁鐵一樣。正電荷在雲的上端，負電荷在雲的下端吸引地面上的正電荷。雲和地面之間的空氣都是絕緣體，會阻止兩極電荷的電流通過。當雷雨雲里的電荷和地面上的電荷變得足夠強時，兩部分的電荷會衝破空氣的阻礙相接觸形成強大的電流，正電荷與負電荷就此相接觸。當這些異性電荷相遇時便會產生中和作用（放電）。激烈的電荷中和作用會放出大量的光和熱，這些放出的光就形成了閃電。大多數的閃電都是接連兩次的。第一次叫前導閃接，是一股看不見的空氣，一直下到接近地面的地方。這一股帶電的空氣就像一條電線，為第二次電流建立一條導路。在前導接近地面的一剎那，一道回接電流就沿著這條導路跳上來，這次回接產生的閃光就是我們通常所能看到的閃電了。

形成閃電的過程

如果我們在兩根電極之間加很高的電壓，並把它們慢慢地靠近，當兩根電極靠近到一定的距離時，在它們之間就會出現電火花，這就是所謂「弧光放電」現象。雷雨雲所產生的閃電，與上面所說的弧光放電非常相似，只不過閃電轉瞬即逝，而電極之間的火花卻可以長時間存在。因為在兩根電極之間的高電壓可以人為地維持很久，而雷雨雲中的電荷經放電後很難馬上補充。當聚集的電荷達到一定的數量時，在雲內不同部位之間或者雲與地面之間就形成了很強的電場。電場強度平均可以達到幾千伏特每厘米，局部區域可以高達1萬伏特/厘米。

這麼強的電場，足以把雲內外的大氣層擊穿，於是在雲與地面之間或者在雲的不同部位之間以及不同雲塊之間激發出耀眼的閃光。這就是人們常說的閃電。肉眼看到的一次閃電，其過程是很複雜的。當雷雨雲移到某處時，雲的中下部是強大負電荷中心，雲底相對的下墊面變成正電荷中心，在雲底與地面間形成強大電場。在電荷越積越多，電場越來越強的情況下，雲底首先出現大氣被強烈電離的一段氣柱，稱梯級先導。這種電離氣柱逐級向地面延伸，每級梯級先導是直徑約5米、長50米、電流約100安培的暗淡光柱，它以平均約150千米/秒的高速度一級一級地伸向地面，在離地面5~50米時，地面便突然向上回擊，回擊的通道是從地面到雲底，沿著上述梯級先導開闢出的電離通道。回擊以5萬千米/秒的速度從地面馳向雲底，發出光亮無比的光柱，歷時40微秒，通過電流超過1萬安培，這即第一次閃擊。相隔幾秒之後，從雲中一根暗淡光柱，攜帶巨大電流，沿第一次閃擊的路徑飛馳向地面，稱直竄先導，當它離地面5~50米時，地面再向上回擊，再形成光亮無比光柱，這即第二次閃擊。接著又類似第二次那樣產生第三、第四次閃擊。通常由3~4次閃擊構成一次閃電過程。一次閃電過程歷時約0.25秒，在此短時間內，狹窄的閃電通道上要釋放巨大的電能，因而形成強烈的爆炸，產生衝擊波，然後形成聲波向四周傳開，這就是雷聲或稱之為「打雷」。

閃電也有結構

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，致使空氣輕度電離並發出微光。

第一次放電脈衝的先導是逐級向下傳播的，像一條發光的舌頭。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。

當第一個先導即階梯先導到達地面後，立即從地面經過已經高度電離了的空氣通道向雲中流去大量的電荷。這股電流是如此之強，以致空氣通道被燒得白熾耀眼，出現一條彎彎曲曲的細長光柱。這個階段叫做「回擊」階段，也叫「主放電」階段。階梯先導加上第一次回擊，就構成了第一次脈衝放電的全過程，其持續時間只有0.01秒。

第一個脈衝放電過程結束之後，只隔一段極其短暫的時間（0.04秒），又發生第二次脈衝放電過程。第二個脈衝也是從先導開始，到回擊結束。但由於經第一個脈衝放電後，「堅冰已經打破，航線已經開通」，所以第二個脈衝的先導就不再逐級向下，而是從雲中直接到達地面。這種先導叫做「直竄先導」。

直竄先導到達地面後，約經過千分之幾秒的時間，就發生第二次回擊，而結束第二個脈衝放電過程。緊接著再發生第三個、第四個……直竄先導和回擊，完成多次脈衝放電過程。由於每一次脈衝放電都要大量地消耗雷雨雲中累積的電荷，因而以後的主放電過程就愈來愈弱，直到雷雨雲中的電荷儲備消耗殆盡，脈衝放電方能停止，從而結束一次閃電過程。

不同形狀的閃電

線狀閃電

線狀閃電與其他閃電不同的地方是它有特別大的電流強度，平均可以達到幾萬安培，在少數情況下可達20萬安培。這麼大的電流強度，可以毀壞和動大樹，有時還能傷人。當它接觸到建築物的時候，常常造成「雷擊」而引起火災。線狀閃電多數是雲對地的放電。

片狀閃電

片狀閃電也是一種比較常見的閃電形狀。它看起來好像是在雲面上有一片閃光。這種閃電可能是雲後面看不見的火花放電的回光，或者是雲內閃電被雲滴遮擋而造成的漫射光，也可能是出現在雲上部的一種叢集的或閃爍狀的獨立放電現象。

球狀閃電

球狀閃電雖說是一種十分罕見的閃電形狀，卻最引人注目。它像一團火球，有時還像一朵發光的盛開著的「繡球」菊花。它約有人頭那麼大，偶爾也有直徑幾米甚至幾十米的。球狀閃電有時候在空中慢慢地轉悠，有時候又完全不動地懸在空中。它有時候發出白光，有時候又發出像流星一樣的粉紅色光。球狀閃電「喜歡」鑽洞，有時候，它可以從煙囪、窗戶、門縫鑽進屋內，在房子里轉一圈後又溜走。球狀閃電有時發出「噝噝」的聲音，然後一聲悶響而消失；有時又只發出微弱的「噼啪」聲而不知不覺地消失。球狀閃電消失以後，在空氣中可能留下一些有臭味的氣煙，有點像臭氧的味道。球狀閃電的生命史不長，大約為幾秒鐘到幾分鐘。

帶狀閃電