闪电从哪里来？连科学家也不知道

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闪电看起来很简单

天空布满乌云，轰隆一声惊雷，抬眼看向远方，会发现一束或者几束闪电在天空闪烁或者从天空直击地面。闪电在天空舞蹈，映亮了整个乌云笼罩的灰暗世界，然后天空哗哗地下起瓢泼大雨——这是日常生活中经常发生的打雷下雨的场景。

当闪电发生的时候，电流是很大的，能将空气温度加热到27700℃，比太阳表面温度还要高出4 倍。高温导致临近闪电的空气突然膨胀，挤推并使周围的空气产生剧烈的振动，振动的空气往外传播，发出很大的响声，这就是我们听到的雷声。我们经常可以从新闻上看见打雷过后建筑物或者树木被雷劈开的现象，可见闪电的威力十分惊人。

那么，闪电是什么呢?1752 年，美国科学家富兰克林用著名的风筝实验——在雷雨天用风筝将天上的闪电引到地面，并且对闪电的电流进行了研究，证明了闪电就是一种放电现象。闪电，其实就是电流。

很多同学做过这样的小实验，准备一节电池，一个小灯泡，几根电线，将电池和灯泡用电线连接并且组成一个回路，电流就会从电池正极流向电池负极，途径灯泡，灯泡就会变亮。由这个简单的实验我们可以看出，产生电流需要三个部分，电源正极，电源负极，电流的通路。实际闪电产生的过程虽然十分复杂，但也必须满足产生电流的这三个条件。

科学家指出，雷暴云较低的部分带有负电荷，当雷暴云移动的时候，它能诱导正电荷粒子在地面聚集。地面上的建筑物和树木能聚集大量的正电荷，所以建筑物和树木往往能成为闪电袭击的目标。我们知道，闪电是直接通过空气传播的，空气便是闪电电流的通路。但是空气是绝缘体，闪电要想通过空气，必须击穿空气使其电离变成导体，而这一过程需要极大的电压。而我们看到的闪电发光，便是空气被电离的过程中发出光子所致。

未能证实的假说

闪电一般能产生超过l 亿伏特的高压，然而，科学家们使用航天飞机和热气球进行了大量的测量后发现，雷暴云的电场强度非常的小，约相当于产生闪电所需电场强度的十分之一。这个结果令科学家们十分疑惑，产生闪电所需的高压是从何而来?

科学家们得出一个共识，肯定有一个过程，使得电荷大量集中于雷暴云中，导致雷暴云的电压急剧增大，最终大到足以产生闪电。基于这个想法，科学家们提出了各种假设。然而闪电的产生是随机性的，产生的时间、位置、强度都是难以预测的，无法跟踪测量；再加上仪器制造水平的限制，有的雷电产生的能量极大，有的把大树劈开，把水泥路都会凭空炸出一个大坑来，仪器怎么能承受呢?所以科学家们很难进行有效的现场观测，并且在一个真实的雷暴中，各种环境条件（例如风和电场）都是随着时间和空间迅速变化的，难以控制其过程中的很多现象（例如雷暴云中空气的对流等）难以解释，甚至与一些基础物理学的理解相冲突。实验室中模拟真实闪电的产生场景是很困难的，建立任何模型与实际的过程都会有很大差别，所以很难去推断和验证这些假设是否正确。所以目前所有相关的假设，都尚未得到验证。

被大多数科学家接受的是冰粒子碰撞假说。传统的冰粒子碰撞假说认为，在雷暴中，冰粒子之间的碰撞能够产生足够多的带电荷的冰粒子聚集，雷暴云中带负电的冰粒子下沉，带正电的冰粒子上升，逐渐形成巨大的电压，从而触发闪电的产生。但是这个理论有很多细节解释不清楚，例如电荷的分离过程是怎样的，而且冰粒子碰撞最终能否产生如此大的高压也受到质疑。

来自宇宙的高能粒子产生闪电

俄罗斯物理学家、莫斯科物理科学与技术研究所的物理学与天体物理学问题系主任亚历克斯·古列维奇长期致力于闪电触发机理的研究，早在1992 年，他就提出了宇宙射线碰撞和逃逸分解假说。该假说认为产生于太空中的宇宙射线，轰击了地球上层大气，电离大气层并产生了大量的接近光速的高能离子，形成高能离子流。这些高能离子流进入雷暴云时，高速碰撞雷暴云里的空气，致使空气电离，许多空气粒子的电子逃逸分解出来，产生了一个拥有大量自由电子的区域，这些自由电子继续和空气碰撞，产生更多的电子和离子，随着不断的碰撞电离，产生了数量非常庞大的负电离子，最终形成一个大电场从而触发闪电。

古列维奇的理论一开始被科学界广为驳斥，原因在于宇宙射线能否产生如此大的作用我们不得而知。但是现在它越来越受欢迎。一方面是因为没有合适的科学理论，另一方面是因为新的观察结果与该理论相吻合。例如雷电过程中观察到的伽马射线、无线电脉冲和强烈的X 光，这些光线的产生表明宇宙射线极有可能参与了闪电的产生过程。

然而，闪电触发机理的研究，目前还仅仅停留在假设阶段，难以进行有效的直接验证，距离最后的真相，仍然任重道远。这不禁让我们感叹，科技如此发达的今天，一个常见的雷电现象，还没有得到解释。人类的探索之路，也许才刚刚开始，这条路，将会十分艰辛和漫长。