每天，地球上大约有400万到800万道拇指粗细的闪电连接天地，释放出3万安培的电流，并将空气加热到华氏18000度。难怪古代文化认为闪电是愤怒的神灵选择的武器。你可能已经看到了最近挪威一次闪电造成的惨状，导致323头驯鹿死亡。*Wired*杂志的Megan Molteni发表了一篇精彩的报道，解释了为什么几百年来驯鹿都悲惨地死在北欧永久冻土之上。
“当闪电发生时，电流会流入地面并向外扩散，沿着电阻最小的路径传播。在温暖的地方，电流会深入土壤并迅速分散（这称为接地）。但在像哈当厄尔高原这样的地方，当电流流入土壤并遇到永久冻土层时，它反而会沿着被每年融化循环饱和的土壤表面扩散——在这种情况下，是引发闪电的巨大暴雨。因此，被电击中的区域要大得多。”
尽管闪电长期以来一直引起我们的关注，但直到18世纪，科学家们才开始剥离神话，以理解这种可怕的静电现象。1752年，法国科学家Thomas-Francois Dalibard和Georges-Louis Leclerc成功地与闪电“共舞”，当时一道闪电击中了一根他们固定在酒瓶里的40英尺高的金属杆，证实了本杰明·富兰克林提出的假设。但距离Dalibard和Leclerc的实验已经过去250多年了，科学家们仍在试图回答关于闪电的基本问题。在佛罗里达理工学院，资深空间科学家和物理学教授Hamid Rassoul创立了该校的闪电研究小组，以延续几个世纪前开始的令人震惊的调查。以下是他们试图回答的一些萦绕心头的问题。
闪电是如何开始的？
谁在够门把手时没被电到过？你感受到的电击是你的手指上多余的电子转移到带正电的门把手上的结果。当你的手指靠近门把手时，电压非常高，足以使空气击穿并充当导体。空气的介电击穿非常可预测，它总是在电场达到每米300万伏特时发生。这是一个在实验室中建立起来的基本量，并且经过了一遍又一遍的测试。
闪电也是如此，只是规模更大，闪电是大规模的静电。但是，出于某种原因，当电场仅达到每米200万伏特时，空气在云层中就会击穿，远低于预期。“这违背了物理定律，或者至少是我们目前所知的一切，”Rassoul说。“大自然能够在一个不符合实验室相同预期的环境中产生火花。”Rassoul说，云层中的冰晶可能会以某种方式相互作用，比预期更早地引发火花，但尚不清楚是什么给了闪电最终的推动力。理解闪电的引发仍然是闪电研究所谓的“圣杯”。“这是闪电最大的谜团之一，在过去的10年里我们一直在努力回答这个问题，”他说。
闪电是如何传播的？
晴天闪电起源于砧状云，但可以传播很远的距离。例如，一道闪电可以从山脉一侧的风暴传播到另一侧并发生撞击。即使在传播了很远的距离后，它们仍然能携带13万安培的强大电流，是普通闪电的四倍——这让科学家们非常困惑。
由高速相机捕捉到的闪电。（图片来源：佛罗里达理工学院物理与空间科学系地球空间物理实验室）如果你建造一把可以发射电子包或电子子弹的枪，你会遇到射程问题。假设你把一个苹果放在你朋友头上，想从300英尺远处用电子子弹打中它。当你的子弹到达苹果时，你子弹中的电子会散射开，分散能量——记住，同种电荷会相互排斥。晴天闪电是带正电的，但当它们穿过云层传播约10英里时，它们仍然保持紧凑——大约拇指粗细，并且强大。“我们不确定大自然是如何让带相同电荷的电子在几英里的大气中保持在一起的，”Rassoul说。他推测，闪电可能以电子包的形式传播，并在沿途产生新电子包的连锁反应，就像多米诺骨牌一样。Rassoul将这一理论比作“世代飞船”的概念：任务将从地球出发，由第一代人执行，但一旦你到达，比如说比邻星，到达目的地的将是全新的一代人。“在纸面上很美，但我们不知道如何在实验室中证明它，”Rassoul说。
它会击中哪里？
“根据条件，有27%的情况下，较高的物体被闪电击中的概率反而低于较短的物体，”Rassoul说。考虑到这一点，关于闪电的那个过于常见的迷思现在被正式推翻了。那么，什么决定了闪电会击中哪里，或者研究人员称之为“附着”呢？正如你可能猜到的，他们还在试图弄清楚这一点。
闪电始于阶梯先导的发展，此时风暴云底部的多余电子开始向地面冲刺。随着它们向下推，地球表面的正电荷增加。多余的正电荷会通过建筑物、手机信号塔——你——进入空气。这些被称为流光。当流光和先导相遇时——砰！这一切都说得通，但令人困惑的是，为什么一个6英尺高的人能够比一个100英尺高的手机信号塔向上投射更高的流光，即使他就在塔旁边。“有时物体会改变电位，使它们的正电荷比塔的投影更高，”Rassoul说。“但我为什么会向上发射这么长的流光呢？同样，这些问题都没有得到解答。”
密切关注天空
弄清楚闪电的机制可以提高我们的预测能力并改善安全——而这仅仅是众多闪电谜团中的三个。为了探测闪电的秘密，Rassoul的团队正在使用超慢动作摄像机、用火箭诱发闪电，并利用理论模型和模拟来获得新的见解。在接下来的几年里，毫无疑问，佛罗里达理工大学团队和世界各地其他科学家的工作将使我们对天空的力量有一个更深入的了解。
