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閃電 LIGHTNING

在開始之前,我想強調一下:我不是閃電安全方面的專家。

我只是網絡上一個畫漫畫的漫畫家,我喜歡看到東西著火或者爆炸,所以這意味著我並沒有把你的利益放在心上。在閃電安全方面的權威是在美國國家氣象局工作的人們。1

好了,牢記這一點後,我們回到正題上來。

要回答下面的問題,我們首先需要弄清楚閃電的傳播路徑。這裡我教大家一個估測的小竅門:假想一個半徑60米的大球2在地表滾動,途中球碰到的地方就是閃電可能擊中的地方。在這篇文章中,我將回答許多個關於閃電的不同問題。

人們總說閃電會擊中附近最高的東西。這種極其含糊的說法簡直就是個招人質疑的活靶子,「附近」是多遠?我說,好像不是所有的閃電都會擊中珠穆朗瑪峰吧。但閃電會擊中人群中長得最高的人嗎?我所知道的最高的人應該是瑞恩·諾斯3了。那出於安全考慮,我是不是只要站在他旁邊就不會被閃電擊中了呢?如果是其他原因呢?也許我應該回答問題,而不是提出問題。

那麼閃電是如何選擇目標的呢?

閃電最先會形成一個叉狀電荷,又被稱為先導。先導會從雲端伸出向下延伸,以每秒幾十到幾百千米的速度向地面傳播,在幾十毫秒的時間內穿過幾千米長的空氣到達地面。

先導中的電流相對較小,大約在200安培這個數量級,這點電流也足夠電死你了,但與之後發生的相比就有點相形見絀了。一旦先導接觸到地面,雲層和地面之間就會發生劇烈的電荷中和過程,放電電流將會超過2萬安培。在這個過程中你就會看到一道亮眼的閃光,接著先導會以光速的幾分之一速度原路返回,在不到1毫秒的時間內就能回到雲端。4

我們看到的閃電「擊中」地面的地方,就是之前先導最先接觸到地面的地方。先導在空氣中呈跳躍狀向下傳播,它最終會向著(通常是)地面上的正電荷前進。不過,它在決定下一步跳向哪裡時只能「感知」尖端附近幾十米範圍之內的電荷。如果在這個範圍內地面上連著什麼東西,那麼閃電就會跳到這個東西上,否則就會半隨機地挑選一個方向,然後重複這一過程。

為了找出閃電會擊中哪裡,你在地面上滾動著這個假想的半徑60米的球。5這個大球會爬到樹上或建築上面而不會穿過它們(也不會把它們捲進去)。與大球表面接觸的地方——樹頂、柵欄以及正在打高爾夫的人——都是潛在的被雷擊的目標。

這樣你就可以計算一個在平面上高度為h的物體的閃電「陰影」。

在這個陰影裡,先導更傾向於擊中這個高高的物體,而不是它周圍的地面。

然而位於這個陰影中並不意味著你就安全了——事實常常相反。當電流流到那個高高的物體上之後,它會接著四散流到地面上。如果你碰到了附近的地面,電流就有可能從你的身體中流過。2012年在美國因雷擊致死的28人中,有13個人是站在樹下面或附近。

有了這些基本知識,在接下來的幾個問題中,我們來看看在給定情況下閃電的可能路徑。


Q.在電閃雷鳴的時候待在泳池裡到底有多危險?

A.相當危險。水是可以導電的。但最大的問題不在於此——最大的問題在於如果你正在游泳,那麼你的頭會露在一大塊平整表面的外面。即使閃電擊中的是你周圍的水,那也是非常危險的。2萬安培的電流會向四周擴散——絕大部分沿著水面——但你在不同距離下各會受到多大程度的電擊是很難計算的。

我估計至少在幾十米的範圍內你會處於極度危險之中,在淡水中這個距離會更大,因為電流更喜歡從你電阻小的身體中流過。

如果你在洗澡或站在瀑布底下的時候被閃電擊中呢?

水霧並不會威脅到你,它們只不過是空氣中一堆分離的水滴。真正對你產生威脅的是你腳底下的浴缸,以及和水管接觸的那攤水。


Q.如果我在船上或飛機上被雷擊了會怎麼樣?在潛艇上呢?

A.沒有船艙的船安全性和平坦的高爾夫球場差不多。配備封閉船艙和閃電保護系統的船隻和汽車差不多安全,潛艇的安全性和水下的保險箱差不多。(不要把水下的保險箱和潛艇裡的保險箱搞混了:潛艇裡的保險箱可比水下的保險箱保險多了。)6


Q.如果你在廣播信號塔上更換燈泡時被雷擊了會怎麼樣?如果你在做後空翻的時候被擊中了呢?或者站在一片石墨地上呢?又或者抬頭盯著閃電看呢?

A.


Q.閃電擊中飛行途中的子彈會發生什麼?

A.子彈不會影響閃電經過的路徑。你必須精確地把握好時機,這樣才能讓子彈在閃電回擊的那一刻恰好位於閃電路徑之中。

閃電路徑的核心部分直徑大約為幾厘米,而AK-47步槍使用的子彈長度約為26毫米,每毫秒能夠前進約700毫米。

子彈的鉛質核心外面包了一層銅質外殼。銅是電的優良導體,2萬安培電流中的大部分都將輕易地流過子彈走捷徑。

令人驚訝的是,閃電並不會對子彈造成什麼傷害。如果子彈靜止不動,那麼通過的電流將會很快加熱並熔化子彈上的金屬材料。但由於子彈的飛行速度太快,它在離開閃電通道的時候自身僅被加熱了幾攝氏度,子彈會幾乎不受任何影響地繼續飛向目標。閃電周圍的磁場和流過子彈的電流會產生一些有意思的電磁力,但所有我檢驗過的電磁力中沒有一個會顯著影響最後的結果。


Q.如果你在雷暴天刷BIOS的時候被雷擊了會怎麼樣?

A.

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1.https://www.lightningsafety.noaa.gov/

2.或者滾一個真的球……

3.古生物學家估計他直立時肩膀處有將近5米高。

4.雖然這個過程又被稱為回擊,但電荷是向下流動的,然而放電看上去是向上傳播的。這有點像當交通信號燈從紅燈變為綠燈時,前面的汽車開始移動,然後才是後面的汽車,看上去汽車運動是向後傳播的。

5.出於安全原因,不要用真的球。

6.譯者註:submarine既有潛艇之意又有水下之意,safe既有安全之意又有保險箱之意。