闪电的速度是光速吗?
闪电,是大自然神秘而壮观的现象之一。当闪电发生时,会放出大量的光和热,沿途空气被强烈加热、水滴迅速气化、体积骤然膨胀而产生冲击波,使空气产生猛烈的震动,此时产生的声音就是雷鸣。
一般情况下,闪电多是在人们没有防备的一瞬间发生并结束的,所以一直以来,闪电给我们的印象就是迅速、猛烈。早在战国时代的《六韬》一书中,古人就对闪电的迅猛进行了总结:“疾雷不及掩耳,迅电不及瞑目。”这句话就是我们今天常说的“迅雷不及掩耳”的出处。但是关于闪电的速度,学者和专家们一直没有得出比较确切的结果。在网络上搜索,结果更是千差万别,同时会发现很多人认为“闪电的速度就是光速,就是30万千米/秒”。而也有不少人表示不认同,并展开了激烈的争论。那么闪电到底有多快,它和光速是不是一回事呢?
这得从闪电的发生过程说起。在一次正常的闪电前,云里的电荷分布是这样的:云的上部以正电荷为主,中、下部以负电荷为主,底部有少量的正电荷。当正、负电荷的量达到一定的水平时,就会引起放电,这就是我们平常所见的闪电现象。闪电可以发生在同一块云的不同部位之间,也可以发生在云与云之间以及云和地之间。发生在云地之间的闪电称为云-地闪电。由于它与我们人类的活动和生命安全密切相关,所以对它开展的研究也最多。
通过高速摄影仪器我们得知,一个完整的云-地闪电其实是由多次连续不断的放电过程组成,这些放电过程沿着同一条通道,如同海浪一样一波接一波,每两波的时间间隔仅有百分之几秒。每次放电一般包括先导和回击两个过程:先导主要是为闪电放电建立电离通道,相当于“铺路”;当先导很接近地面时,就像接通了一根导线,强大的电流以极快的速度由地面流至云层,这一个过程称为回击,约需70微秒的时间。如果云层还有足够的电量,就开始第二次的先导-回击放电过程。一次完整的云-地闪电过程持续时间约0.2秒。
由于闪电是一种放电现象,所以它遵循与之相关的物理定律,本身的速度受到空气电导率等很多因素的影响。很多专家和学者在闪电速度的数值方面进行了探索和研究,得出的结果差别也比较大。有关学者通过对多个闪电精细的科学观测,发现闪电在不同的行进阶段速度也有所不同,如闪电的先导过程的平均速度为1.5×105米/秒,约为光速的1/2000,而回击过程的速度远大于先导速度,为光速的1/10至1/3。美国能源部给出的闪电平均速度为1.45×108米/秒,大致为光速的一半。佛罗里达大学的学者通过研究,得出闪电的速度为1×105至1.4×106米/秒, 平均速度为4.4×105米/秒。
虽然这些数据不一定十分准确,但从中我们可以确定的是:闪电的速度远低于光速,同时又远高于雷声的速度。之所以很多人认为闪电的速度就是光速,主要是把闪电发出的光传播到我们眼中的速度,当成了闪电本身的速度。
(来源:中国气象报社)