用數字的方法來了解,閃電這種自然現象有多麼「奇特」

2020-12-15 宇宙探索百科

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
  • 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。
  • 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。黑色閃電,這是世界上最罕見最危險的閃電。
  • 兩百多年都無法解釋的自然現象——球形閃電
    我們的地球有著各種自然現象,下雨,下雪,這些都是在平常不過的,下雨的時候,特別是雷陣雨,都會伴隨著閃電和打雷。南美洲的孔古米拉爾多村更是厲害,一年有將近兩百天都處於雷雨天氣。閃電是我們生活中常見的一種自然現象,不過以一種閃電,伴隨著兩百多年的研究到現在還是解釋不清楚,這就是今天要說的——球形閃電。科學家估計,平均每秒鐘全世界會發生100多次閃電現象。
  • 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。
  • 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
  • 嬰兒是通過什麼來認識自然現象的
    嬰兒是通過什麼來認識自然現象的2020-12-03 18:02:13出處:PCbaby作者:佚名為寶寶提供接觸大自然的機會,讓寶寶了解季節更替、氣候變化、植物生長等自然規律。那麼,嬰兒是通過什麼來認識自然現象的?
  • 來聊聊!這種現象,你身邊有嗎?
    來聊聊!這種現象,你身邊有嗎?比如開展某項活動,如果省裡要求的是「六個一」,市裡就變成「十個一」,區縣自選動作又加碼到十多個,似乎數字越多工作越有力;有的地方上級部門可能只要一個數字,為顯示重視,一些幹部向下布置任務時層層加碼——「本來只要一根線,最後織出了一件衣」,給基層增加了許多不必要的工作量和負擔。
  • 至今無法解釋的八種自然現象!
    然而渺小的人類卻可以透過地球給的訊息,來更了解這個宇宙,我們何其幸運阿。在地球上,發生過許多難以解釋的異象,雖然科學家們努力的想要解讀它們,然而有些事情不管人類再怎麼努力也依舊是個謎!下面是八個目前科學家仍無法解釋的超自然異象,趕快一起來看看吧!加外星人微信:UFOsee它最特別的地方是會移動,通常出現在雷陣雨的時候,且出現的時間最長可維持一分鐘!
  • 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。
  • UFO真身是一種自然現象?所謂外星文明的飛行器變成球形閃電?
    一部分科學家認為,不明飛行物或許真實存在,畢竟宇宙孕育生命的可能性遠比人們想像的大,他們很有可能駕駛飛行器到達地球進行探索,或者試圖引起我們的注意。也有一部分科學家認為,不明飛行物只是在特殊的氣象條件下出現的某種錯覺,人們一直利用一種心理暗示來達到目的,其實不明飛行物另有原因。
  • 世界上超「倒黴」的村莊,閃電一小時劈280次,原因或與它有關!
    氣溫的不斷升高,預示著夏季已慢慢到來,隨之而來的不僅僅有炎熱的天氣,還有變幻無常的暴雨雷鳴。慶幸的是在我國幾乎不會出現全年電閃雷鳴的現象。而在世界上卻有這樣一個村莊,常年被雷電光顧,這是什麼原因呢?這一奇特的現象,吸引了很多遊客前來觀賞,幾乎每年都有上千人來到這裡,但為了保證自身的安全,這些遊客也只是觀賞完拍拍照片就走了,從來不會在這裡住宿,生怕被雷打到。普通人對閃電都是非常恐懼的,我們都知道閃電的威力有多大,但是這種現象,村落裡的人已經司空見慣了,因此他們並不會感到害怕。
  • 宇宙中有許多驚人壯麗的自然現象,宇宙風暴是什麼?你了解不
    在地球上有許多波瀾壯闊的自然現象,這些大自然的奇幻現象常常會令人感到嘆為觀止。例如龍捲風、颱風等奇特的自然現象,在人們的認知裡,對於這些現象已經是很熟悉了,那宇宙風暴你們對其了解多少呢?宇宙風暴的顏色各有不同,取決於不同的氣體,紅色是表示硫,綠色是表示氫氣,藍色是表示氧氣。哈勃空間望遠鏡就成功拍攝到宇宙中完全形成的宇宙風暴圖像,從圖像裡可以看到,在一定範圍內,渦流氣體和輻射的相互作用後產生了如同洶湧大海般的宇宙風暴。這現象令天文學家們都感到十分的驚人壯麗。
  • 【探索】至今無法解釋的8個超古怪自然現象
    然而渺小的人類卻可以透過地球給的訊息,來更了解這個宇宙,我們何其幸運阿!在地球上,發生過許多難以解釋的異象,雖然科學家們努力的想要解讀它們,然而有些事情不管人類再怎麼努力也依舊是個謎!下面是八個目前科學家仍無法解釋的超自然異象,趕快一起來看看吧!▼1. Ball Lightning 球狀閃電。
  • 3個神奇的自然界現象.球形閃電,帶有顏色的雪花,你能解釋嗎?
    隨著科學技術的不斷進步,人類對於自身所處的世界有了更加清晰的了解,但是人類目前很難超脫現在所處的情況獨自生存,而自然界就是人類避無可避的生存環境,一直以來自然界憑藉它神奇的魔力造就了無數奇妙的現象,那麼以下的3個自然界現象,你見到過嗎?
  • 地球上有哪些超出常人想像的自然現象?太陽系裡的16件怪事;木星附近發現「第二地球」..
    地球上有哪些超出常人想像的自然現象?地球之大,自然之奇真的難以想像,幾年裡搜集了無數的自然奇觀人文奇觀,魯珀特之淚,火山閃電,死亡冥湖,巨人之路,血瀑布,火瀑布,冰煙筒,石浪,日暈啥的,,,有時我真的無比慶幸自己作為一個人降生在地球上,能有機會去了解這些東西,這輩子我一定會走遍地球,親眼去看看這些大自然締造的奇蹟。
  • 美國空軍實驗室製造出球形閃電 維持半秒鐘
    因此,美國空軍學研究院的科學家們希望開發一種新的方法來幫助研究人員更好地理解這種奇特的自然現象。有關這項研究工作的論文已經發表在近期出版的《物理化學學報》上。該項研究的第一作者麥克·林德賽(Mike Lindsay)表示:「我們一般使用球狀閃電一詞來描述幾乎所有那些無法用自然界中通常所見那種閃電來描繪的閃電形式,如珠狀閃電,或是所謂『聖艾爾摩之火』,亦或是極光。
  • 《我的世界》遊戲理論:關於閃電,5種至今無法解釋的神秘現象!
    01了解Minecraft的閃電在自然界中,閃電是雲與雲各部位之間的一種強烈的放電現象。雷雨雲所產生的閃電,轉瞬即逝,但電極之間的火花卻可以長時間存在。閃電的電場強度高達幾千伏特/釐米,足矣擊穿大氣層!
  • 世界上「最危險」的村子 被雷劈了100多年 一年有260天都在閃電
    世界上閃電發生頻次最高的地方就在這裡——平均每分鐘就會有幾十道閃電划過!這就是聞名世界的卡塔通博閃電。