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2019_4_文章

  我們常聽有人說,某某人“心胸像閃電一樣狹窄”;還有很多減肥的朋友都曾立下誓言,“我要瘦成一道閃電!”那么,這話科學嗎?這要從雷電的有關知識說起。我們知道,雷電是大自然中伴有閃電和雷鳴的一種雄偉壯觀而又有點令人生畏的放電現象,是由帶電的云層對地面建筑物及大地的自然放電引起的,它會對建筑物、設備和人畜等造成嚴重破壞。因此,我們對雷電的形成過程及其放電條件應有所了解,從而采取適當的措施,不受雷電襲擊。關于雷電的知識有很多,本文介紹的僅是其中的一部分。

  為何兩人并肩行走只有一人遭雷擊

  盛夏一天的午后3點多鐘,烏云翻滾,接著傳來了震耳欲聾的雷聲,傾盆大雨伴隨著冰雹落下來。兩位村民匆匆忙忙收工往家跑,其中一位扛著鋤頭,忽然伴隨一道閃電和轟鳴的雷聲,扛鋤頭的村民瞬間倒地,而另一位則安然無恙……封建迷信殘存的小村中開始對這一事件議論紛紛。有人說:這是“雷公”“電母”在作怪,是老天爺的“報應”,不然的話,為啥兩人一起走只有一個人遭雷擊呢?

  其實,云里之所以會打雷、閃電,是因為云里帶有電。在云的不同部位聚集著兩種極性不同的電荷。由于電荷的存在,在云的內部和云與地面之間形成很強的電場。一旦條件成熟,就會在云與地面之間、云與云之間、一塊云的不同部位之間爆發出強大的電火花,這就是閃電。閃電的過程很快,用肉眼看,一次閃電只是短暫的一閃,可是就在這一瞬間,卻發生了很復雜的物理過程。研究人員用連續高速的攝影機攝下了閃電的全部過程。原來,一次閃電是由幾次放電脈沖組成的。所謂脈沖,是指電流或電壓的短暫起伏過程。脈沖一個接著一個,脈沖之間的間歇僅為百分之幾秒,后來的脈沖沿著第一個脈沖所經過的通道進行。閃電實際上是一種斷斷續續的放電現象,每一次閃電有幾次到幾十次的放電沖擊,一次閃電的全過程僅為零點幾秒。所以我們看到的閃電總是一閃一閃的。地面與云體間放電的過程非常快,速度高達幾萬千米/秒,我們平常所說的“迅雷不及掩耳”,就是指云地間閃電造成的落地雷。閃電通道內的電流很大,可達幾萬到十幾萬安培。

  閃電的通道確實非常狹窄,直徑僅有幾到幾十厘米,在這么狹窄的空氣柱里流過這么多的電流,空氣必然被燒得白熱。閃電時,周圍的空氣溫度高達2萬多℃,所以常見閃電的發光顏色是白光。同時因為閃電通道狹窄,所以有時幾個人在一起行走時,只有其中某一個人會遭雷擊,其他人可能會安然無恙。這樣的例子并不罕見,各大報紙也曾有過類似事件的報道,所以,雷擊并不是什么遭“報應”,而是閃電通道狹窄造成的。

  有閃電時,空氣受熱迅速膨脹,引起閃電通道內產生與爆炸相仿的聲波。這種空氣的振蕩傳到我們耳內就是雷聲。實際上這種聲波是一種沖擊波,它以5千米/秒的速度向四面八方傳播,沖擊波的破壞能力極強,離閃電5米的玻璃窗可以被震碎。一次閃電的雷聲延續為30~40秒,有時長達1分鐘。人們總是先看到閃電,后聽到雷聲,其實閃電和雷聲是同時發生的,只不過是光的傳播速度快,是30萬千米/秒,而雷聲的傳播速度只有340米/秒,比光速慢得多。通過閃電和雷聲的間隔時間就能計算出閃電離我們有多遠。這很簡單,只要用340米/秒乘以間隔秒數就可以了。

  預防雷電的慣用辦法,是在高大建筑物安上避雷針。因為雷電喜歡走“捷徑”,所以高大的建筑物最容易被擊壞。雷雨天氣里要關好門窗,不要使用電器,不要在大樹下和高大物體下避雨。在野外行走不要拿金屬物品,像前面說的村民,如果不扛鋤頭,也就不至于遭雷擊。

  閃電通道最窄的僅有1厘米

  從前面所述雷電擊人的特點可知,閃電的通道是狹窄的。但是,閃電究竟狹窄到什么程度,目前還無法進行實地測量。不過,人們借助“閃電熔巖”可以判斷閃電通道的狹窄程度,有報道稱,閃電通道最窄的僅有1厘米!因此,“我要瘦成一道閃電”這話還是有道理的。

  1966年,在蘇格蘭阿倫島上工作的考古學家,在靠近科里村莊的地方發現了一件令人驚奇的物品—一塊閃電熔巖。從周邊沙石的材質和年齡來判斷,這塊閃電熔巖的歷史已長達2.5億年之久,有可能是在閃電襲擊這塊沙丘的頂部時形成的。它的高溫和能量輻射到這個沙丘,使其化合反應為玻璃,并將其塑造成一段空心的玻璃管子。

  閃電熔巖在我國也有發現。一次,在北京順義區潮白河沙灘附近的高壓線被雷電擊斷的地方,電業搶修工人發現有一個隆起半米高的沙灘,扒開看時,竟是一個高約30厘米的樹根狀的奇石。經過中國地質大學和中國科技大學等單位的研究、鑒定、分析確認,它就是雷擊石—閃電熔巖。2010年1月19日,在河北邯鄲某地,人們發現了一堆似石非石、形似燒焦琉璃的東西,北京天文館專家將部分樣品帶回分析,判定這是閃電熔巖。經過化驗,這個樣品的化學成分為65%左右的二氧化硅和鋁、鐵、鈉等多種氧化物。

  關于閃電熔巖的成因,專家普遍認為:雷雨天氣的時候,云層攜帶的正離子與地面攜帶的負離子相遇,就可能形成落地雷;當落地雷擊中沙丘或砂巖,瞬間產生了數千度的高溫,把其中的相對良導體石英等進行有序地熔化、氣化,有的被熔蝕,雨水又對其進行了快速淬火冷卻,從而形成玻璃質和新生礦物的混合體,這種混合巖石體就是閃電熔巖。形象地說,閃電熔巖是天然造成的玻璃長管,形狀多是長條狀,與閃電的路徑相近,外形像樹根。閃電熔巖長可達數米。顏色由形成的泥土和沙粒決定,有黑色、綠色、白色等,內部光滑,可能有小氣泡,外部多數為粗糙的沙粒。

  1752年,美國科學家通過實驗,證明了天上的雷電與人工摩擦產生的電具有完全相同的性質。這一結論在人造閃電熔巖的試驗中得到體現。1997年夏天,美國藝術家馬可庫倫姆做了數以百計的嘗試,取得豐富的實驗結果。他所制成的閃電熔巖大小不一,小到如同飲料吸管,大到著名的“閃電熔巖之母”—被吉尼斯世界紀錄載入史冊的那個尾巴開叉的超過17英尺的最長的閃電熔巖。馬可庫倫姆的閃電熔巖實驗都是與佛羅里達州立大學的國際閃電研究與實試中心合作完成的,他們的實驗基地是靠近佛羅里達州斯塔爾克的國家保護基地。在這些實驗中,他們首先發射一些小的火箭,將其射入海拔2000~3000英尺(1英尺=0.3048米)上空的暴雨云層中。他們在這些小火箭上綁上一根極細的銅線,以便使火箭與地面相連,這樣才可以將被吸引來的閃電導入地面,為其所用。

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