(閃電??)

細說閃電

一、 前言

閃電（lightning）是神秘又危險的，並且是具有強大力量的。所以在古老的人類社會中，閃電與打雷(thunder)是人們所懼怕的，而且是與宗教和迷信有著密不可分的關係。古希臘人認為閃電是天神宙斯給予人們的懲罰；而古羅馬人以為打雷是天神用以警告人們的一些不當行為；在古中國則認為雷公專司打雷，其職責是來懲罰為非作歹的人。這些都在說明人們因懼怕而賦予打雷一個裁定善惡功能的期許。
第一個有關閃電的研究是在18世紀中葉由班傑明‧富蘭克林(Benjamin Franklin)所完成的。在此之前的150年，人們已瞭解藉由摩擦兩種不同的物質可將正負電荷分開來，並儲存在簡單的電容器(primitive capacitor)中。提到富蘭克林大家想必聽過他在雷雨中放風箏的故事。經由他冒著生命危險而得出的實驗成果，證實閃電是帶電的，之後許多人在世界各地成功地重複了他的實驗，也因此有人喪生在雷擊之下。富蘭克林在後來的實驗中發現，若將一跟長鐵桿與地面接觸，鐵桿在雷擊之後會靜靜地將雷電導引至地底下去，頂多只出現一些火花。這種現象與其他東西遭雷，實在溫和太多，於是乎有避雷針的發明，使得人們可藉以避免雷擊。雖然如此，人們仍年年因閃電而蒙受巨大損失。在富蘭克林之後，閃電的研究一直沒什麼進展，直到19世紀末，當照相術(photography)和光譜學(spectroscopy)成為閃電研究利器後，人們對閃電才有更進一步的瞭解。

閃電，一般最常發生於雷雲(thundercloud)之中，它是閃電的最大製造者，除此之外，閃電也出現於暴風雪(snowstorm)、沙暴(sandstorm)和位於噴發中火山(erupting volcanoes)之上的雲中；閃電也曾發生於晴朗的藍天，因而有晴天霹靂一詞。無論如何，雷雲與閃電有著最密切關係的。以下本文將逐一介紹雷雲的形成與種類，閃電的過程與閃電產生的光電現象。

二、 雷雲

雷雲即一般所稱的積雨雲(cumulonimbus)，在上一節提到它們是閃電最大的製造者，所以它的內部必帶有不同性質的電荷，而這些電荷是如何形成的呢？ 當空氣上方有乾冷空氣，而下方有濕暖空氣時，由於下方的濕暖空氣密度較低，他們會迅速往上升，而上方密度大的乾冷空氣往下降。在這些水滴或小冰粒摩擦碰撞的過程中，於是帶有電荷。這樣的型態時常發生於冷鋒與暖空氣之交界處，或者當地面受到太陽強烈曝曬後，地面將熱量傳給附近低層的空氣。因此鋒面來臨會下雨（前者），而後者則是形成南台灣夏天午後雷陣雨的主因。雷雲的體積相當龐大，直徑可寬達幾十公里，雲頂的高度可從離地面5公里至20公里，也就是雲頂可突破對流層頂進入平流層。

http://sprite.phys.ncku.edu.tw/new/other/lightning/lightning.htm

閃電（lightning），在大氣學中指大氣中的強放電現象。按其發生的部位，可分為雲中、雲間或雲地之間三種放電。閃電的放電作用通常會產生了閃電光或電光。雷電起因一般被認為是雲層內的各種微粒因為碰撞摩擦而積累電荷，當電荷的量達到一定的水準，等效於雲層間或者雲層與大地之間的電壓達到或超過某個特定的值時，會因為局部電場強度達到或超過當時條件下空氣的電擊穿強度從而引起放電。空氣中的電力經過放電作用急速地將空氣加熱、膨脹，因膨脹而被壓縮成等離子，再而產生了閃電的特殊構件雷（衝擊波的聲音）。目前對於放電具體過程的認識還不甚明了，一般被認為和長間隙擊穿的現象類似。

在夏季的雷雨天氣雷電現象較為常見。它的發生與雲層中氣流的運動強度有關。有資料顯示，冬季下雪時也可能發生雷電現象，即雷雪，但是發生幾率相當小。

雲中放電占閃電的絕大多數，雲地之間放電者則是對人類的生產和生活產生影響的主要形式。閃電的電流很大，其峰值一般能達到幾萬安培，但是其持續的時間很短，一般只有幾十微秒。所以閃電電流的能量不如想象的那麼巨大。不過雷電電流的功率很大，對建築物和其他設備尤其是電器設備的破壞十分巨大，所以需要安裝避雷針、避雷器等以在一定程度上保護這些建築和設備的安全。

在一次正常的閃電前，雲裡的電荷分佈是這樣的：在底部是較少的正電荷，在中下是較多的負電荷，在上部是較多的正電荷。閃電由底部和中下部的放電開始。電子從上往下移動，這一放電由上向下呈階梯狀進行，每級階梯的長度約為50米。兩級階梯間約有50微秒的時間間隔。每下一級，就把雲裡的負電荷往下移動一級，這稱為階梯先導(stepped leader)，平均速率為1.5?05公尺/秒，約為光速的兩千分之一，半徑約在1到10公尺，將傳遞約五庫侖的電量至地面。 當階梯先導很接近地面時，就像接通了一根導線，強大的電流以極快的速度由地面沿著階梯先導流至雲層，這一個過程稱為回擊，約需70微秒的時間，約為光速的三分之一至十分之一。典型的回擊電流強度約為一至兩萬安培。如果雲層帶有足夠的電量，又會開始第二次的階梯先導。

在較大的冰晶落下來時，和被上升氣流帶著上去的較小的冰晶和水滴會產生碰撞，有些電子會被撞擊出來，而使冰晶和水滴帶電。較輕的冰晶或水滴帶著正電到上層，而較大較冷的冰塊帶著負電到下層來，於是在對流雲裡面產生了電位差。基本上空氣的絕緣程度很好，所以只有當電位差累積到百萬伏特以上時，電荷才會衝破空氣的絕緣障礙而放電，這就是「閃電」（lightening）