為什么閃電在天空中呈現出"之"字形 科學家：電子和分子之間的碰撞

2025-12-07 10:54:27 分類：知識 閱讀(12693)

為什么閃電在天空中呈現出"之"字形 澳大利亞科學家將其歸結為電子和分子之間的碰撞
（神秘的地球uux.cn）據cnBeta：世界各地的閃電每秒幾乎發生50次，但是閃電對于這些能量驚人的閃光，我們仍有許多東西需要了解。天空一個特別長久的中呈字形之間撞謎團是，為什么閃電在天空中閃爍時呈現出"之"字形，現出澳大利亞的科學科學家們現在已經提出了一個解釋，將其歸結為電子和分子之間的家電碰撞，產生了一系列所謂的和分"臺階"。
在過去五年左右的之時間里，我們看到研究人員對雷擊科學有了一些迷人的閃電見解。這包括發現通過這些事件產生的天空伽馬射線可以在空氣中產生反物質，有證據表明它們的中呈字形之間撞電磁場可以對活細胞產生保護作用，以及令人驚嘆的現出高速攝像機拍攝的閃電分支從云中斷裂的畫面。
盡管我們對這些天氣事件的科學認識不斷提高，但雷擊的家電物理學和支撐這些事件的順序仍然不清楚。為什么閃電會從云層中發出，并沿著"之"字形的路徑落向地球，這個問題已經困擾了科學家半個世紀，但南澳大利亞大學的等離子體物理學家約翰-洛克博士現在提出了一個相對有說服力的解釋。
Lowke說："有幾本關于閃電的教科書，但沒有一本解釋過人字形（稱為臺階）是如何形成的，為什么連接臺階和云層的導電柱仍然是黑暗的，以及閃電如何能夠穿越數公里。"
當閃電從雷云中出現時，它以大約50米（164英尺）長的臺階出現。這些臺階在一秒鐘內閃亮，然后在另一秒鐘內變暗，然后再形成另一個臺階，在同樣的微不足道的時間內閃亮。這些臺階不斷重復，一個接一個，直到閃電到達地球，雖然肉眼基本看不到，但高速攝影已經使科學家們能夠記錄這種戲劇性的接力放電。
但是，為什么這些步驟會以這樣的方式形成，當閃電沿途經歷了轉瞬即逝的黑暗時刻時，怎么會有一個連續的電連接？在新發表的研究中，Lowke和他的同事Endre Szili將這一效應歸結為所謂的單子-德爾塔可轉移的氧分子。這些高能分子是在電子與氧分子碰撞時產生的，導致它們脫離并重新分配電場。
其結果是產生了一個導電柱，在"臺階"向"地面"推進的過程中保持與云層的連接，甚至在變暗時也是如此。這得益于氧分子的刺激，迫使它們進入"可轉移"狀態，當其數量足夠多時，這一現象可以使空氣導電。
Lowke在為《對話》雜志撰寫的一篇附文中寫道："因此，當足夠多的可轉移狀態被創造出來，以分離出大量的電子時，閃電步驟就會發生。在這個步驟的黑暗部分，可轉移狀態和電子的密度正在增加。在5000萬分之一秒之后，臺階可以導電，臺階頂端的電動勢增加到大約是云的電動勢，并產生進一步的臺階。"
根據科學家們的說法，對雷擊的更好理解可以帶來對建筑物、飛機和人的更好防雷保護措施。由多面手本杰明-富蘭克林在1752年發明的避雷針仍然是我們在這方面的主要措施，其作用是吸引閃電并將其電荷接地。固定在建筑物的頂部以保護結構不受損害，但更好地了解雷擊是如何形成的，就可以帶來保護建筑環境的新工具。
Lowke博士說："我們需要了解雷電是如何啟動的，這樣我們就能研究出如何更好地保護建筑物、飛機、摩天大樓、寶貴的教堂和人們。"
這項研究發表在《物理學D雜志》上。