闪电一定只劈最高的物体吗？

这个假期你一定有很多出行计划

可是伴随着台风“杜苏芮”来袭

各地出现了很多强降雨天气

随之而来的往往是电闪雷鸣

雷电似乎一直是夏季的代名词

当那一道道闪电划破夜空

瞬间照亮一方

闪过一道美丽的弧线

引来很多摄影爱好者的驻足

希望抓拍到那一张惊艳四方的闪照

许多人追随闪电的脚步

只为在高速摄影机下目睹它的真容

可是这时候

你心里是不是也在发怵

万一它劈下来怎么办

遇到雷雨天气

到底哪里才是安全的

总说下雨天不要站在树底下

那么闪电一定只劈最高的物体的吗

在雷雨天气频繁的季节

怎么安全出行呢

带着这些疑问

我们一起走进

这让我们既爱又怕的闪电

揭开它的神秘面纱

1、什么是闪电

闪电是由静电放电产生的一种自然现象，发生在携带不同电荷两个带电区域之间，当两个带电区域之间的电场足够强，局部电压达到空气的击穿电压时，两个区域之间的空气可以被连续电离，空气会被击穿形成等离子体，这样电流就会通过原来绝缘的空气，形成闪电。根据发生区域的不同，闪电可以分为三类：云内闪电、云间闪电和云地闪电。前两种是最常见的闪电形式，云地闪电仅占所有闪电的大约 25%，但是由于其电对人类的生产生活影响较大，所以研究最多。

2、闪电是如何形成的

那么闪电是怎么形成的呢？在回答这个问题之前，我们先来看看云层内的电荷是如何产生的。

云层带电的详细过程现在还没有定论，不过大致上可以这样理解：

在云团内温度在-15℃~-25℃的范围内，存在着大量的冰晶和软雹，它们在运动的过程中相互碰撞，由于摩擦起电使冰晶带正电、软雹带负电，冰晶质量小，携带正电荷向上移动，软雹质量大，携带负电荷向下移动。从而使负电荷在云团下部聚集，正电荷在云团上部聚集。

云团中正负电荷分离，形成很强的电场。

如果这两个区域相对放电，就会产生云内闪电。

我们平时看到的多数闪电属于云内闪电或者云间闪电，像这样：

这样的闪电只能看到亮光，但看不到闪电走过的轨迹，因为这些轨迹隐藏在云层之内，这些闪电不会到达地面，对我们的影响较小，我们暂时不研究这些闪电。

下面我们来看云地闪电的形成过程。

如果云团底部聚集的负电荷比较多，就会在地面感应出正电荷，在云团和地面之间就会形成强电场，云团和地面之间的空气就会电离，形成导电通道，云团中的负电荷流向大地，形成云地闪电。

下面我们来详细分析这一过程。

一次云地闪电由多次放电脉冲构成，每一次放电脉冲又包括一次“先导”和一次“回击”。第一个放电脉冲爆发之前，有一个准备阶段：梯级先导放电。

在云层和地面之间强电场的作用下，负电荷向下移动，移动过程中，空气不断电离，形成一条发光的放电通道，在第一次电脉冲过程中，放电不是连续的，而是成阶梯状的，称为梯级先导。每一级的长度约为 50 米，两级阶梯间约有 50us 的间隔，平均速率为 150km/s，约为光速的二千分之一，半径约 1 到 10 米。因为先导常常分叉，所以闪电看起来像树杈的形状。

在梯级先导快要到达地面的时候，地面上的正电荷增多，地面和云层之间的电场增强，地面上的正电荷向上移动，与负电荷相遇，这样就在云和地之间形成了一个通路，强大的电流以极快的速度由地面流向云层，这就是第一次放电脉冲，这个过程称为“回击”，约需 70us 的时间，速度约为光速的十分之一至三分之一。

在回击阶段，会有多条正电束流产生，想要与向下的负电束流相遇，但是一旦一条通道闭合，电荷就会全部转移到这条通道，形成强大的闪电。

一般云层内能量比较高，一次脉冲不能把能量全部释放，就会产生第二次电导和回击。由于第一次梯级先导已经把能量传输通道打通，后续先导直接沿着这一通道到达地面，称为“直窜先导”，因此时间更快。这样的过程反复进行，直到云层中的电荷消耗殆尽。这就是我们看到的闪烁。

3、闪电的分类

前面我们提到，根据闪电产生的区域，可以将闪电分为：云内闪电、云间闪电和云地闪电。

同时，根据电荷的流向，又可以将闪电又分为正闪电和负闪电。由云层流向地面的是正电荷称为正闪电，反之则是负闪电。

一般闪电的能量大约为 3 亿伏特，3 万安培，由于正闪电的距离比负闪电长的多，能量、温度都要比负闪电大得多，正闪电附近温度可以达到 30000℃，是太阳表面温度（5600℃）的 5 倍多，因此正闪电比负闪电更加危险。

一般情况下，正闪电只有一次回击（即只闪一次），而负闪电会有多次回击（即存在闪烁现象），可以利用这一特点来判断一道闪电是正闪电还是负闪电。

那么下面小编就来考考你，看看以下两种闪电分别属于哪一类？

答案：负闪电

答案：正闪电

下次再遇到闪电，在拍照记录的同时，也可以判断一下是哪种闪电哦。

4、闪电一定只劈最高的物体吗

要回答我们的问题其实很简单，这要从尖端放电说起。

高中物理我们就学过，电荷在导体表面的分布规律，越尖锐的部位电荷越密集，电场就越强，越容易产生尖端放电。避雷针正是利用了这一原理。

地面上的建筑物或者一些凸起的物体，比如山顶、树顶，相对于地面来说，就是“尖端”，因此当云层向地面靠近的时候，这些“尖端”更容易聚集电荷，云层和“尖端”之间的空气更容易被击穿，从而遭受电击。

虽然道理上来讲闪电更喜欢高处的物体，但这不是绝对的，闪电毕竟是一种随机的自然现象，每年因雷击致死的人中就不乏在开车的路上，或者在船上遭受雷击的例子。

5、关于闪电的一些小 tips

讲了这么多，你们一定迫不及待地想要知道在户外怎么躲避雷电了。其实相关的方法已经耳熟能详，但是小编要告诉你，雷雨天户外没有安全的地方。

如果在户外遇到雷击怎么办？没有室内或其他保护设施可以进去的情况下，最后可能保护你免受雷电伤害的方法是：

• 立即远离任何至高点，比如山顶、山脊或者房顶

• 远离空旷地带，避免自己成为制高点

• 不要平躺在地上

• 不要在一棵孤立的树下躲避

• 远离水源或导体

• 不要在浅洞或浅沟壑躲避

躺下或蹲下都不是躲避雷击的好办法，要减小雷击的概率，必须将高度和身体与地面的接触面积都减到最小，而蹲下只是没办法的办法，并且这不会显著减少被雷击中的概率，反而可能使你错过最佳逃避的时机。所以躲避雷电最好的办法还是不要待在户外。

千万不要等到快要被闪电击中时才做出反应。当你的头发竖起，或者有刺痛感的时候，可能已经没有办法躲避电击了，如果这种情况发生，你能做的就是尽可能快地跑向安全的地方。汽车，楼房等内部都是安全的地方。

所以小编建议大家出行之前提前查一下当地的天气情况，及时关注天气预报，避免在雷雨天气里出行。遇到闪电时，可以利用闪电和雷声的传播速度差粗略判断闪电的距离。我们知道声音在空气中的传播速度为 340m/s，光速为 300000km/s，如果看到闪电后 20 秒内没有听到雷声，说明闪电离我们较远，反之，说明闪电离我们较近，需要尽快找到建筑物躲避。在最后一声雷过去 30 分钟后，闪电的危险才能基本解除。

参考资料：

• 1、How Lightning Works-Weird World of Lightning

• 2、闪电（自然现象）_百度百科 (baidu.com)

• 3、Lightning - Wikipedia

• 4、野外防雷完全指南 - 知乎 (zhihu.com)

• 5、Lightning Faqs (weather.gov)

• 6、Lightning Safety Tips and Resources

本文来自微信公众号：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：小聪

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