用數字的方法來了解,閃電這種自然現象有多麼「奇特」

2020-10-13 宇宙小百科

閃電是自然界中一種神秘而壯觀的現象,人類對閃電的觀測和記錄由來已久。在《易經》中,公元前1078年發生了一次球狀閃電,這是世界上最早的閃電記錄。

長期以來,人們對雷電這種自然現象感到恐懼。事實上,我們所說的閃電包括閃電和雷電。1749年,富蘭克林的風箏試驗證明閃電只是大氣中的火花放電現象。閃電通常由積雨雲產生,並常伴有雷聲。

雷電是常見的自然現象。雖然它們很常見,但一些關於閃電的數字卻很有趣。

閃電有多快:並非3×108米/秒

通常,閃電的發生和結束都是在人們毫無準備的時候。因此,閃電給我們的印象是迅速而猛烈的。

戰國時期的經典著作《六韜·龍韜·軍勢》對閃電速度的描述是:「疾雷不及掩耳,迅電不及瞑目。」,這句話也就是我們今天常說的「迅雷不及掩耳」的出處。話的來源。

從當代科學的角度來看,真正稱得上「快」的是閃電,而非雷。雷聲的本質是一種聲波,在空中傳播約340米/秒。閃電的速度遠不是這個數量級。

關於閃電速度的具體數值,學者和專家還沒有得出更準確的結果。許多人認為閃電的速度就是光速,即3×108m/s,但許多人並不認同,並就此展開了激烈的爭論。那麼閃電有多快?它和光速是一樣的嗎?

以雲地閃電為例,分析了閃電的發生過程。據高速攝像機顯示,一次完整的雲地閃電實際上是由幾個連續的放電過程組成的,這些放電過程遵循同一通道,像波浪一樣,一波又一波,兩波之間的時間間隔只有幾分之一秒。每次放電一般包括先導和回擊兩個過程:先導過程主要為雷電放電建立一個電離通道,相當於「鋪路」;當引燃閃電離地面很近時,就像連接電線一樣,強電流以非常快的速度從地面流向雲層。這個過程稱為回程,大約需要70微秒。如果雲中有足夠的電,第二導聯返回放電開始。一個完整的雲地閃電過程持續約0.2秒。

根據以上分析,雷電是一种放電現象,遵循一定的物理規律。它的移動速度受許多因素的影響,例如空氣的導電性,它與光速本質上是不同的。

通過研究得出,閃電的速度為每秒1×105—1.4×106米,平均速度為4.4×105米/秒。

通過對幾次閃電的仔細科學觀測,有學者發現,閃電在不同階段的速度也不同。例如,閃電先導過程的平均速度為1.5×105m/s,約為光速的1/2000,而回擊的速度遠大於先導的速度,即光速的1/10~1/3。美國能源部的閃電速度是1.5×108米/秒,大約是光速的一半。

雖然上述數據不一定準確,但可以肯定的是,閃電的速度遠低於光速,同時,遠高於雷電的速度。

很多人之所以認為閃電的速度就是光速,是因為閃電把光速傳遞到我們的眼睛裡,就把它當作閃電本身的移動速度。

雷聲有多大——120分貝

一提到雷聲,人們可能會馬上想到「震耳欲聾」、「驚天動地」等字眼。人們經常用雷聲來形容強烈而響亮的聲音,如「雷鳴般的掌聲」和「歡聲雷動」。可以說雷聲是自然界中產生的最大的聲音之一。

那麼,雷聲有多大?‍‍

當閃電發生時,它會釋放大量的光和熱。沿途空氣被強烈加熱,水滴迅速蒸發,體積突然膨脹產生衝擊波,使空氣劇烈振動。這個時候發出的聲音叫做「雷聲」。雷聲可達120分貝。這是什麼概念?一分貝是人耳只能聽到的聲音,40-60分貝屬於正常交談的聲音強度,當聲音達到70分貝時,我們認為它非常嘈雜,開始損害聽覺神經;而100-120分貝的聲音比火車呼嘯而過的聲音大。如果一個正常人在這樣高分貝的空間裡停留1分鐘或更長時間,你就會暫時失聰。因此,用「震耳欲聾」來形容雷聲並不過分。

雷電有多頻繁——14億次/年‍‍

地球上閃電活動有多頻繁?這不僅是我們想知道的,也是閃電研究的重點內容之一。多年來,許多專家學者採用了不同的方法和手段對數據進行估計,但結果並不一致。

在研究中,閃電的頻率不僅是用雷暴日數來衡量的,還可以用閃電的一些數據來表徵,如閃電頻率(個數)、閃電密度等。早在1925年,就有專家通過分析雷暴日數據來估算全球閃電頻率,人們普遍認為,世界上任何時候都有1800次雷暴,每秒大約有100次閃電。

近幾十年來,雷電探測技術特別是衛星雷電探測技術的發展,為人們提供了以往地面觀測中難以涉及的地區的雷電觀測數據,從而對這一參數有一個更準確的估計:全球閃電頻率約為每秒40~50次,全年共發生雷電約14億次。在北半球,閃電最有可能發生在夏季,但在赤道地區,閃電在秋季和春季更為頻繁。因為北極和南極地區雷暴很少,所以那裡幾乎沒有閃電。

那麼,世界上最頻繁的閃電活動在哪裡?

根據這項研究,閃電最活躍的地區是非洲的剛果盆地。由於靠近赤道,地表熱量充足,空氣對流頻繁,常年有雷雨。

有關學者得出結論,世界上閃電活動最頻繁的地區是非洲盧安達,那裡的最大閃電密度為每平方公裡每年80次。然而,從2004年到2005年,剛果共和國東部的一個小山村基夫卡村打破了上述紀錄,成為世界上最頻繁的閃電點。該鎮距赤道僅300公裡,海拔975米。閃電的密度是前所未有的。一年中,每平方公裡有158次閃電。

閃電有多強:比太陽表面熱4倍

閃電的放電過程非常短,一般為50-100微秒(1微秒等於1百萬分之一秒),可以說瞬間完成。脈衝電流平均值高達30000安培,最大電流可達300000安培。這種強電流產生的交變磁場的感應電壓可以達到1000-10億伏。當電荷中和後,釋放出大量的光和熱,並立即將周圍的空氣加熱到3萬攝氏度,是太陽表面溫度的5倍。

一次雷擊所產生的能量足以讓一輛普通汽車行駛290-1450公裡,這就可以提供一個家庭將近一年的用電總和。當然,雷電的電功率雖然很大,但由於放電時間短,雷電電流的電功率並不大。

然而,遺憾的是,正是因為閃電經常在瞬間發生,而且閃電的方向很難預測,所以現代技術無法收集和利用閃電的力量。

遭雷擊概率有多少——175萬分之一

由於其強電流、高溫高溫、強電磁輻射和劇烈衝擊波等物理效應,閃電能在瞬間產生巨大的破壞。一旦人們被它擊中,就會有致命的後果。

全世界每年有4000多人遭受雷擊,平均來說,被雷擊的概率並不高,大約是175萬分之一。但是,我們不應該忽視防雷。因為具體到不同的地區,人們被雷擊的概率因地而異。例如,北美洲等國目前的人均雷擊概率為60萬分之一。

據有關統計,城鄉遭遇雷電的概率存在明顯差異。農民長期在農田等開闊地帶工作。當閃電來臨時,它們缺乏臨時躲避場所,周圍地勢平坦。相對而言,人體的位置可能更高。農民對雷電的防護知識相對缺乏。城市職工在室內作業,城市建築物的防雷措施相對完善,遭遇雷擊的概率大大降低。

此外,遭遇雷擊的概率也與性別有關。美國的一項研究表明,男性比女性更容易遭受雷擊。這項研究分析了1995年至2018年間北美等國閃電死亡的數據,發現648名死者中有82%是男性。2019年完成的另一項研究得出了類似的結論。為什麼男人比女人更容易受到閃電的傷害?美國氣象學家給出的答案是,當雷雨發生時,男性往往會在雨中做一些危險的事情,比如打高爾夫球、踢足球等,而女性則更願意呆在安全的地方避雨。

另外,某一地區居民雷擊的概率與當地的生活習慣、文化水平、建築結構等有一定的關係。

相關焦點

  • 罕見球狀閃電謎團,宙斯之杖閃電劈下的火球(自然現象)
    在這個奇怪的地球上,沒一秒鐘都發生約一百次閃電現象。不同的環境形成的閃電也會不同,而這個球狀閃電就是在閃電打雷時形成的閃球。罕見球狀閃電謎團很多人曾質疑它的存在,但隨著進一步的探索,球狀閃電謎團的詭秘面紗,相信很快被揭開。 罕見自然現象
  • 地球上那些奇特的自然現象,閃電風暴竟然可以持續十個小時?
    這是人類現代史上第一個冰盤,它有三百英尺寬,是一種奇特的自然現象。火山閃電。當熾熱的熔融巖石通過地殼向上推進並從表面退出時,大量的火山灰、巖石、揮發性氣體和熔巖都在很短的時間內被排出。亞伯拉罕湖,是亞伯拉罕湖阿爾伯塔省最大的人工湖,在冬季,它會變成水晶湖,美不勝收。
  • 神秘的「球狀閃電」是自然現象嗎?它如何形成的?
    在夏天,一個雷雨交加的夜晚,火光四射,一道道明亮的閃電會劃破寂靜的夜空,火光最亮時,猶如白天一樣。大氣的這种放電現象在我們現在看來是一種在平常不過的自然現象了。科學家估計,平均每秒鐘全世界會發生100多次閃電現象。我們平時在天空中看到的閃電象限多為分叉的樹枝狀。
  • 11種自然現象,「震撼」你的眼球,你見過這些奇特的自然現象嗎?
    經常看到的事物,確實顯得很普通,但是,如果你看到一些不同尋常的自然現象,那你一定會感到驚訝,有時你簡直不敢相信。今天,我們收集了一些最不尋常的自然災害和自然異常,與你分享。1.可怕的雷暴這種可怕的自然現象是由火山爆發的灰燼所形成的,當火山氣體的負離子和正離子發生碰撞時,就會發生閃電。2.澳大利亞的「晨光」這種氣象現象是極為罕見的,當這些雲團在海拔為200米處被扭曲時,就會形成所謂的「風暴圈」。通常,「晨光」會在9月初至11月中旬,出現在巴克敦的上空。
  • 罕見的閃電奇觀,閃電是再平常不過的自然現象了
    原創/張仿趣談罕見的閃電奇觀,閃電是再平常不過的自然現象了閃電是再平常不過的自然現象了,尤其在夏季雷雨天,常伴有耀眼的閃電,或如枝叉,或如鋒利的長劍,總之人人都見過。不過,這裡要向你介紹的,可不是你我常能見到的這種閃電,而是一反常態的黑色閃電、球狀閃電和聯球閃電。
  • 【奇聞奇觀】十大奇特自然現象:縹渺的地震之光等
    據英國每日郵報報導,科學家對「地震之光」現象迷惑不解,曾有人聲稱在地震之前和地震過程中天空中出現縹緲的光線,有人認為,這種神秘光線類似於下雨之前的閃電。義大利物理學家克裡斯蒂亞諾稱,地震之光現象的出現可追溯至公元前2000年。  2、納斯卡神秘圖案。
  • 閃電只是地球自然現象?太陽也為此做出了貢獻
    圖 3日冕物質拋射,圖源Google那閃電呢?當這些帶電粒子有足夠的能量穿進地球大氣層的雲層形成區時,它們就能影響我們的天氣,科學家發現的證據表明,地球上的一些雷電或許是由這些通過太陽風到達地球的高能粒子所觸發形成的。
  • 球形閃電秘密終於揭曉:並未外星人,而是自然現象
    我們知道,閃電一直是轉瞬即逝的存在。但在歷史上,卻有很多人聲稱自己見過一種圓球狀的閃電,它們可以彈跳翻滾,將玻璃熔化,並把經過的一切化為灰燼,歷史上的確有人死於這種球形閃電。有人認為,球形閃電可能是外星人的傑作,因為它簡直太詭異了,超出了自然法則。
  • 罕見的自然現象:你在地球上比較難見到的5個奇特的自然現象
    地球上時不時就有可能發生一些讓我們感到驚奇的現象,有時候,一些現象的誕生甚至會讓科學家們也難以理解。這是因為它們發生的罕見性和奇異性造成的。對於很多奇特現象來說,能夠遇見它們是幸運的,因為它們罕見而又壯麗,但對於其它一些奇特現象,它們所造成的破壞卻並不是人類所願意見到的。今天,我們就要為你分享,幾個罕見的自然現象:你在地球上比較難見到的5個奇特的自然現象。
  • 罕見的自然現象:你在地球上比較難見到的5個奇特的自然現象
    地球上時不時就有可能發生一些讓我們感到驚奇的現象,有時候,一些現象的誕生甚至會讓科學家們也難以理解。這是因為它們發生的罕見性和奇異性造成的。對於很多奇特現象來說,能夠遇見它們是幸運的,因為它們罕見而又壯麗,但對於其它一些奇特現象,它們所造成的破壞卻並不是人類所願意見到的。
  • 世界十大奇特自然現象!詭異的妖精現象!
    大自然有許許多多的奇特景象,這些並不是神鬼弄出來的,而是地球本身的鬼斧神工,神秘的妖精現象,詭異的聖艾爾摩之火,這些神奇的自然現象是大自然饋贈,妖精現象只有一秒,看到的人真是三生有幸。一、妖精現象妖精現象又稱調皮小鬼現象。
  • 罕見的自然現象:在地球上少有發生的5種罕見的現象
    事實上,在世界上的一些地方都有發生過冰海嘯這一可怕而又壯觀的自然現象,特別是靠近寒冷地帶的俄羅斯海岸。想像一下,一片片晶瑩剔透的冰塊在沒有明顯的跡象之下,突然湧上了陸地並層層疊起,這是多麼可怕的場景啊。據說並海嘯最高可達10米以上。
  • 行星閃電:相同的現象,遙遠的世界
    地球上的閃電只需要一些簡單的成分即可產生火花,而這些成分廣泛存在於宇宙中。當我們看到滾滾雷雲中傾瀉而下的閃電時,腦海中會隨著場景和閃電的形狀而產生無限遐想。然而,地球閃電帶給了我們無數的震驚,你是否想像過宇宙其他行星上也會存在如此壯觀的自然現象呢?
  • 來無影去無蹤的詭異閃電
    視覺中國進入夏季,雨水增多,打雷打閃是再平常不過的天氣現象了,但是你知道有一種閃電榮登地球未解之謎的行列嗎?那就是球狀閃電,它神秘莫測讓人難以捉摸,總是神出鬼沒地出現在世界的某個角落。很多年來科學家們愣是沒搞清楚它產生的原理。
  • 世界之大無奇不有,地球上居然有閃電捨不得離開的地方
    閃電打雷是一種正常的自然現象,在夏天的時候,要是下雨,我們會見到打雷的聲音會非常大!不過這種自然現象只會在某個特殊的時刻。然而在地球上有一個地方每天都會發生閃電,這裡就是馬拉開波湖,位於南美洲。這裡有一個村莊就在湖泊的旁邊,這裡的人每一天都在被閃電劈,閃電會讓人恐懼。但這裡的人一年有260天都在電閃雷鳴中度過,他們已經完全習慣了,在這裡閃電的次數10分的頻繁,平均每小時閃電次數高達上千次。當地的人們說生活在這裡似乎就像沒有黑夜一樣。
  • 精靈閃電:位列最神秘自然現象頂級傳說之列
    我國近期最nb天象記錄長文字,給昨晚早睡的人補課我國攝影師@Star·Man 昨夜意外拍到了【巨大噴流】這是我國第二次相機高清記錄,而全世界也沒多少優秀記錄【精靈閃電】,一直位列最神秘自然現象頂級傳說之列直到上世紀末,這類如傳說中的小精靈‍般鬼魅無蹤、目擊寥寥
  • 世界十大奇異自然現象:球形閃電、月虹等
    編者按:「大千世界,無奇不有」,在十一長假期間,我們為讀者推出7期「黃金周系列·說奇話怪」欄目,向讀者介紹世界上的奇人、奇事、奇思、奇景,讓大家能夠更多地了解這個豐富多彩的世界。長假7天,本報每天推出一期「黃金周系列·說奇話怪」,敬請讀者關注。
  • 世界上7種奇特的自然現象,大部分人沒見過
    當然,有的自然現象雖然少見,且奇特卻也並不是對人會有害,的確有的時候反而也是另一種奇觀,今天我們就一起來看看,這幾種最奇特的自然現象。第一個蜘蛛樹,在2010年的時候下了一場特大的暴雨,據說是,十年罕見,同時人們還發現了一種奇怪的狀況,那就是樹身上出現了非常多數量的蜘蛛,他們也是爬到高處去躲避洪水,爬到樹上後就在樹上結網,於是就形成了蜘蛛樹。
  • 神秘奇特的「人體放電」現象真的存在?
    其實,任何一種生物都有生物電現象,這種現象指的是生命過程中會產生電源和電壓,也包括人體在內。根據研究表明,人體的神經系統是可以產生電的,比如,當我們走過厚地毯時,就會產生極少量的電壓,只是因為電流小,所以一般情況下沒有覺察到。
  • 太陽系驚現超自然現象 罕見球狀閃電!
    &nbsp&nbsp&nbsp&nbsp近日,天文學家觀測到在太陽系中存在一種超自然現象,這種現象是百年一見的奇觀球狀閃電又稱滾地雷,球狀閃電是怎麼回事呢?下面由科技訊小編帶你看太陽系的超自然現象球狀閃電。