有趣問題–雷電的成因
文﹕張啟聰    

「先導閃電」的形成
圖一  「先導閃電」的形成
 

雷電是甚麼?它是如何形成的?

到現時為止,科學家仍然未能完全了解雷電的成因。我們可以描述雷電的過程,但當中許多現象仍然無法解釋。根據觀測,雲層的上部帶正電,下部帶負電,因此地面便會感生了大量的正電。雲層下部的電位要比地面低得多,所以帶負電的電子便會向地面加速。當閃電開始時,雲底會向地面發出「先導閃電」(step leader);先導閃電並不很光亮,但速度很快。它會前進約 50 m,然後作一個很短的暫停,之後再改變方向前進、暫停。這個過程會重覆許多次,形成一條曲折的路徑 (圖一),充滿著負電。高速移動的電子會把空氣電離化,使這條路徑能夠導電。當「先導閃電」接近地面時形成了很強的電場,使地面大量的正電荷上升,跟路徑中的負電中和,在放電的過程中釋放出巨大能量,這便是「回返閃擊」(returning stoke) (圖二)。由於「回返閃擊」比「先導閃電」光亮得多,所以我們看見的閃電原來是由地下向天空的放電過程!「回返閃擊」才是強光、熱能和巨響的源頭。

「回返閃擊」的形成
圖二  「回返閃擊」的形成
 
雷電過程還未完結。當「回返閃擊」消失後,在一段極短的時間後,雲層會再次發出「先導閃電」;但這一次的「先導閃電」並不會在中途暫停,而且會沿著「回返閃擊」所走的路而行。這個過程會重複許幾次,甚至幾十次。為甚麼閃電是這樣?可能沒有人完全了解。