这些早期的联想可以解释为什么闪电象征着自然的强大力量和生命的创造。我们仍然被经典电影（Frankenstein，1931）中的场景所困扰，在雷鸣般的轰鸣声中，强烈的闪电闪烁着由尸体部分组成的怪物（鲍里斯·卡洛夫）。闪电也代表以惊人的速度传递的压倒性力量。军事徽章通常以闪电为特色，自第二次世界大战以来，全副武装的军用飞机被命名为闪电和霹雳。在那次战争中，纳粹称他们的快速攻击超越了欧洲的闪电战，对于“闪电战”; 他们通过将他们的SS单元的首字母设计为两个闪电来进一步发挥其象征意义。

闪电的普遍电现象在地球的大部分时间里都存在，但它的起源至今仍然是一个谜。“当我们考虑我们对宇宙中的复杂和奇异的天体物理对象的了解程度时，我们对于在我们头顶几英里云层中的闪电是不了解的，物理学家约瑟夫·德怀尔和马丁·乌曼在2014年对该领域进行了研究时写到。我们迫切需要了解闪电，它在全球范围内变得更具破坏性，主要是由于人类活动和气候变化。

通过科学镜头观察闪电的尝试可以追溯到公元前6世纪，希腊哲学家阿纳克西曼德，他将雷电和雷声归因于自然原因：火灾，阵风和云层之间的碰撞。公元前340年左右，亚里士多德同样断言，“dry exhalation” - 一种来自地球的可燃物质 - 引起雷声，然后燃烧产生闪电; 他写道，我们首先看到闪电，因为“光比声音快”。

只有在18世纪的科学家开始尝试对电火花之后，这些机制才被揭示出来。虽然在富兰克林的突破之后工作仍在继续，但在下一次对闪电的重大见解之前已经过去了两个世纪。1960年，德美物理学家Heinz-Wolfram Kasemir提出，当电流可以在空气电导体通道中流动时- 云中的正电荷和负电荷区域之间碰撞时，闪电就开始了。与简单的，看似完善的关于从带电云到地面的火花的想法不同，Kasemir的想法是，在我们所看到的闪电之前，有着一系列复杂的步骤。他的提议被驳回，直到20世纪80年代在研究飞机上进行的测量证实雷云内部和附近确实存在正负电荷区域。

当研究人员找到确定闪电电压的方法和电压驱动的电流时，获得了更多的知识信息，这与定义家用电气系统的属性相同。但是，分别为数百万伏特和数千安培，这些闪电能量比为我们家中的灯具，冰箱和电视机提供动力的110伏特和100到200安培强大几个数量级。

物理学家学会了用高速摄像机剖析螺栓的开发。研究人员继续通过发送火箭尾随铜线进入雷暴来人工触发闪电。Dwyer，Uman和其他科学家在佛罗里达国际闪电研究和测试中心（雷暴发生率最高的美国州）多年来测试了大约400个触发闪电。

通过这些努力，研究人员了解到，当雷云中的冰晶在上升的气流中向上运动时遇到霰粒，一种柔软的冰雹，以及在零摄氏度以下保持液态的超冷水会产生闪电。这种相互作用分别在云的顶部和底部产生正负电荷，在其下方产生正电荷。相反的电荷增长并相互吸引，直到它们之间的电场开始分解介入的空气和电子流（电流）流动。这是Kasemir提出的“领导者”，它可以在云中，云之间或从云向地面发生。

高速摄像机显示，当一系列领导者（由于太暗通常肉眼看不太清楚）在Z字形路径中向下传送电子时，最普遍的雷击开始。接近地面，电子与下面的正电荷相互作用，使空气完全能够承载电流。结果，来自云的电子沿着与领导者追踪的相同的锯齿状导管竞争到地面。这就是我们认为的闪电。电子流将其路径中的空气加热到30,000°C，是太阳温度的五倍，产生明亮的闪光并迅速扩大空气以产生雷声。

尽管我们可以追踪闪电大致地发展，但是也有一些明显的欠缺。确切地说，冰、水和霰相互作用如何分离正电荷和负电荷是未知的。另一个谜团：从我们对放电的所有认知了解到，在领导者发展之前，必须在正负电荷之间的空隙中产生数百万伏的强电场。云内的测量表明内部区域从未达到此水平 - 但闪电发生了。这就是为什么德怀尔和乌曼认为闪电的诞生是大气科学中最大的谜团。

解决这些难题将具有实际意义，因为闪电正变得更具破坏性。富兰克林发明的避雷针可以将螺栓的电流从结构上移开，从而减轻了一些危险。但是，在过去的几十年里，闪电杀人和破坏建筑物，破坏航空和电力系统，点燃野火和森林火灾的可能性不断增长。其中很大一部分原因是人为引起的全球变暖和大气污染。这些加速对流，暖空气和湿气的上升，为雷暴提供能量，从而产生更多的闪电。以色列赫兹利亚跨学科中心的大气科学家Yoav Yair 指出另一个因素是：城市地区人口日益增长 - 目前为55％，预计到2050年将达到68％ - 高层建筑和空气污染更容易造成雷击。

这些变化可能会造成大面积影响。例如，Yair指出，在东部，南部和东南亚地区，闪电是飞行中以及通常位于大城市附近的机场的航空旅行中断是一个日益严重的问题。这个亚太地区包含一些主要的闪电多发地区，而其空中交通每年增长近5％。在另一个例子中，澳大利亚和美国的研究人员分析了澳大利亚，南非和南美洲干湿生态系统的闪电引发的火灾。这种火灾的数量在本世纪有所增加，科学家们预测：气候变化会与雷击次数增加并使火灾更容易被点燃有关。

对这些也有助于研究的危险的一种回应是跟踪闪电。闪电是强大的电磁辐射源，其中大部分频率低于500 KHz（AM无线电波段在540 KHz附近，这就是为什么闪电在AM表盘的低端产生静电）。在此范围内操作的传感器可以快速对远程雷击的位置进行三角测量。例如，全球闪电定位网络（WWLLN）使用70多种设备在全球追踪闪电。

2017年，华盛顿大学的Joel Thornton及其同事使用WWLLN数据显示，闪电发生在印度洋和中国南海两条繁忙航道上方的次数，是相邻的轻度海域的两倍。研究人员推测，这种差异来自于燃烧化石燃料时船舶排放的气溶胶颗粒。这是大气污染增强闪电的有力证据。雷电定位系统还监控极端天气，保护机场的飞行操作。2013年，一个定位系统跟踪了距离菲律宾棉兰老岛数百公里外的强大台风，那里缺乏气象数据。

当闪电与大气中的氧气和氮气相互作用时，闪电会产生红外波长的其他特征发射。在人眼看不见的情况下，这种辐射可以通过NASA太空卫星特别装备扫描我们星球大部分地区的来感知。2016年，巴西圣保罗大学的Rachel Albrecht及其同事对这个卫星数据进行了广泛的分析。他们将非洲和亚洲地区确定为高度活跃的闪电地点，委内瑞拉的马拉开波湖是地球上最活跃的地区。它的气候和地形平均每年产生雷雨297天。这些地区平均每平方公里产生233次闪电，而全球平均每平方公里闪电次数为6次。最终的目标是将这些数据与闪电活动模型相结合，以便对闪电发生的地方进行长期预测。

为了防止雷击，我们还需要知道典型螺栓中的能量或功率。闪电和相关的雷声，地球上常见的最亮和最响亮的声音，表明能量很高。另一条线索是闪电会产生X射线和伽马射线，被认为是因为像日内瓦附近的欧洲核子研究中心的大型强子对撞机一样，伴随闪电的电场将基本粒子（在这种情况下是电子）加速到高能量。这些粒子产生X射线和引发核反应的伽马射线。

但是很难准确地测量闪电中的功率。根据闪电对其所经过的空气加热的程度以及其电气特性的估计，在一秒钟内给出1至10千兆瓦（1千兆瓦= 10亿瓦特）的范围，或者典型的闪电持续时间; 电影《回到未来》（1985年）在展示1.21千兆瓦的闪电将DeLorean的跑车变成时间旅行机器时得到了正确的结果。在更熟悉的单元中，在更高的范围内，闪电在其短暂的使用寿命期间释放了了惊人的1300万马力。

测量闪电击中的能量也很难测量，但答案来自研究“闪电化石”或闪电（来自拉丁语闪电）的新方法。当雷电加热沙子，土壤或岩石时，熔化这些材料并将其变成玻璃，就会产生这些结果。2016年，地球科学家Matthew Pasek和Marc Hurst 分析了从佛罗里达州的一个沙矿中取出的266个空心圆柱形陨石，长度从厘米到超过一米（已发现长达5米的其他陨石）。利用二氧化硅（沙子的主要成分）玻璃化所需的已知热量，研究人员发现，闪电只提供一小部分功率就将沙子变成玻璃。

但是，传递的功率取决于目标材料。2017年，宾夕法尼亚大学的Jiangzhi Chen及其同事研究了击中花岗岩的闪电，雷击产生了高压冲击波。在这里，研究人员发现，在100,000摄氏度的温度下，雷电在数十微秒内将岩石加热到2000°C以上，将其熔化形成一层玻璃。这与陨石撞击的破坏性影响相当。这些影响的进一步研究将在其他材料中进行，并为设计适当的保护提供基础。

科学家们注意到闪电可以提供高功率，他们想知道它是否和其破坏性一样，可以提供免费的可再生能源以。在马拉开波湖，每年每平方公里233个闪电中的每一个可以提供运行20个住宅的能量。这将需要建立一个收集站网络来捕获闪电，在不规则间隔到达时存储电涌，并根据需要向用户提供电力 - 这是一个复杂的工程项目，无法与其他能源在经济性上竞争。但是，一旦我们学会了闪电的古老秘密 - 触发它的原因 - 也许我们可以学会如何在它受到伤害开始之前就将其捕获，以及如何将它集中在可以收集和使用它的力量的地方。

无论普通闪电还有什么问题，甚至更少的人都知道球状闪电，它是一个发光的球体，出现在雷击或雷暴附近，漂浮在空中几秒钟。1638年的一位早期目击者描述了一个直径超过2米的火球，它进入了英格兰德文郡的一座教堂，造成四人死亡，并对建筑物造成破坏。据报道，还有成千上万的其他目击事件，在现代，人们已经看到球形闪电穿透玻璃并出现在封闭的金属飞机内。已经提出了许多假设来解释这一显着现象，但是，由于数据很少，尚未出现明确的解释。然而，在2012年，中国科学家观察普通的闪电有幸看到附近的地面打击发出的发光球。他们录制了照片和视频。

尽管有着长久的神秘感，但我们所知道的已经帮助我们研究了具有大气的其他天体，例如木星。这颗行星显示出广泛的闪电活动，正如1979年旅行者1号航天器首次观测的那样，如今，由2016年开始绕木星运行的朱诺号太空船进行观测。朱诺已经检测到数百次闪电的无线电波，这些闪电被认为是由于电荷分离引起的。水和冰，就像在地球上一样。但是地球上的闪电在赤道附近最密集，而木星闪电则集中在该行星的极点附近。这是了解木星上水分布和地球大气动力学的重要线索。

土星上也已经发现广泛的闪电，它有自己的活跃大气。令人惊讶的是，火星 - 具有稀薄的二氧化碳大气 - 也出现闪电; 但在干旱的环境中，它是“干闪电”，不依赖于大气水和冰。相反，正如在地球上发生的那样，这些放电来自火星上常见的强烈沙尘暴携带的微小颗粒之间的摩擦。

火星闪电很吸引人，因为这个星球是过去外星生命（如果不存在）的潜在场所。从2008年开始，NASA登陆者在火星土壤中发现了高氯酸盐，含有负离子ClO 4的化合物。这些引起了人们的注意，因为它们可以为某些可能生活在古代火星上提供物质， 高氯酸盐比火星地质所表明的更丰富，这表明它们是由闪电制成的。现在，一个国际研究小组刚刚发现，模拟火星环境中的放电会产生大量的高氯酸盐，这对外星生命的演变有影响。

这个为一个以古代神命名的行星进行的实验，让我们想起了众神统治的时代，以及1952年米勒 - 尤里实验首次寻求生命开始的科学实验。闪电体现了人类从对神的控制宇宙的信仰演变为我们能够掌握自然世界的信仰，以及尚未解开的神秘。

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https://aeon.co/essays/are-we-any-closer-to-learning-what-sparks-lightning

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