电荷分离后，“怪事”就来了。如果你对此有兴趣，不妨做一个小实验：分别在一节电池的两极引出一根导线，两手各拿一根，使它们相互之间慢慢靠近。当两根导线靠得很近、但尚未接触时，两根导线之间就会“啪咝”一声冒出火花。这种现象叫做“火花放电”。积雨云里的正、负电荷靠得很近时也会发生火花放电，发出“啪咝”声。这一连串的“啪咝”声传到地面就成了隆隆的雷声，发出的火花就是闪电。
　　
　　闪电的奇趣
　　
　　闪电是一个大家族，兄弟姊妹颇多，最常见的是线状闪电，危害最大的是“落地雷”。
　　
　　闪电是一个大家族，兄弟姊妹颇多。最常见的是线状闪电，它像一棵多枝杈的树木倒挂在空中，呈白色、粉红色或浅蓝色，非常明亮。线状闪电一般先由一个很暗的先导闪击开始，沿一条路径一步一步地向地面延伸，这叫“逐级向下先导闪电”。也有一些先导闪电在向下延伸的过程中，急匆匆一路向下，不作停顿，这叫“直窜先导闪电”。主闪击跟在先导闪电后面，主闪击的后面是一系列放电过程，即一系列火花放电。一个放电过程有20 多次放电，放电时间约半分钟，释放的电流在1 万～10 万安培。如果用这些电流来照明，可使5 万～50 万只40 瓦的电灯同时发光；如果把10 万安培电流全部转换成热量，其放电路径上几十厘米直径的空气将被迅速加热到10000 ～20000 ℃的高温！
　　在线状闪电之后，天空有时会突然出现一们大多出现在强雷雨天气。关于球状闪电，有许多故事。70 年前，苏联一支勘测队在西伯利亚勘测时遇到了一桩怪事：在一个月黑风高的夜晚，一个红色火球悄无声息地钻进勘测队员的帐篷，进入一个睡袋，在一名队员脸颊上“抚摸”一番后，悄悄钻出睡袋，“走”到帐篷外飞走了，这名队员当时被吓出了一身冷汗。
　　1962 年7 月2 日晚，我国著名风景区泰山顶上也出现了类似的火球。那是在一阵雷雨之后，一个直径约为15 厘米的火球从玉皇顶西侧的窗缝里钻到室内，缓缓飞行，两三分钟后钻进烟囱，“轰”地一声炸开来，烟囱被炸去一半。被炸的烟囱证明，火球是客观存在的实体。
　　个大火球，它们大小不一，飘忽不定，颜色各异。大的直径几十米，小的只有几厘米，有时在天空飘荡，有时悬在半空中，有时发出白光，有时呈现粉红色。它们还有一个特别的爱好：喜欢钻洞，烟囱、窗户和门缝都是它们的通道。过去，人们不知道这些火球为何方神圣，于是给它们起了一个带有迷信色彩的名字——“神火”。实际上，神火并不“神”，它也是一种闪电——“球状闪电”。球状闪电十分罕见，它还有一个更奇怪的火球，是法国著名天文学家弗拉马利翁见到的。一天，弗拉马利翁老先生正坐在屋里的藤椅上，突然一个火球从屋顶钻进屋内，落到他头上，把他吓了一大跳。他仔细看时，一个大火球已从他头上、身上滚到脚上，又从脚上滚到地上。它在房间里转悠了一圈后，又来到老人身边，“爬”到脚上，依次从脚上、身上“爬”到头上，从头顶飞向屋顶，最后穿过屋顶消失在茫茫夜色中。
　　球状闪电是有趣的，而更有趣的是“电晕”放电。在雷雨天气里，我们在船桅顶端、尖屋顶、烟囱顶端、避雷针上，往往会看到“冒火”，有时还有闪光。登山运动员在登山过程中，也会发现队友头发上冒出火光。这就是“电晕”现象。电晕看似神秘，其实是大气中一种无声的放电现象。它们大多数发生在雷雨期间，因为这时大气中有很强的电场，地面尖端物体附近也出现很强的电场。当物体尖端附近的电场超过1 万伏厘米时，大气里的自由电子便在物体尖端附近飞快地运动，撞击空气分子，使它们电离（原子失去核外电子的过程叫电离）、电离、再电离，最后被击穿，出现放电现象，在尖端物体附近发光，形成“电晕”。
　　另一种有趣的闪电是链状闪电，它们常常像二三十个“球”连在一起，穿成一串，在线状闪电的路径上闪耀，十分有趣。
　　以上闪电基本上都发生在高空，是高空闪电，它们是无害的。而当高空闪电向下延伸到地面附近时，地面突出物顶端向空中释放的正电荷便像欢迎贵宾似的迅速迎上去，造成空气迅速加热、膨胀，发出震耳欲聋的霹雳声，形成一种有害的闪电——“落地雷”。
　　
　　有豁化工厂
　　
　　闪电还是制造毒品的“化工厂”，它“生产”出来的“产品”甚至可能强烈影响局部地区的空气质量和全球气候。
　　
　　闪电虽是寻常的天气现象，但一般人对这种现象的了解未必详尽，比如许多人就不知道闪电还是“化工厂”——制造毒品的化工厂，它“生产”出来的“产品”强烈影响局部地区的空气质量和全球气候。闪电对空气质量和气候的影响是通过上层对流层中的氮氧化物NO_X 实现的。在这个分子式中，N 代表氮，O 代表氧，X代表自然数1 、2 ……不同氮氧化物的X不同，一氧化氮（NO）的X是1，二氧化氮（NO₂）的X是 2，，以此类推。氮氧化物是怎样影响空气质量和全球气候的呢？原来，风、云、雨、雪等天气形式都是在上层对流层中形成的，而臭氧（O₃）是重要的温室气体，羟基（OH）是控制几种温室气体氧化作用的高度活泼的分子，因此臭氧和羟基的浓度对上层对流层中的天气形成起着重要作用。而大气中臭氧和羟基的浓度又部分地受NO_X 的控制，因此NO_X 间接地影响地球的气候。由于NO_X 对大气的重要性，大气化学家对NO_X 很感兴趣，尤其对其中的一氧化氮和二氧化氮感兴趣。他们发现NO_X 有两个来源，其中最重要的来源就是上层对流层中的闪电，其次才是工业废气和汽车尾气。汽车发动机的尾气和发电厂排出的有毒气体是一氧化氮。二氧化氮是红褐色有害气体，有强烈的刺激气味。目前，汽车和工业产生的NO_X 数量可以测定，然而全球闪电“制造”的NO_X 数量却无法知晓，因为后者既无法测量，又不能用计算机模拟。用计算机模拟，需要知道两个重要的闪电特征参数，一个是一次闪电闪烁的能量，另一个是一次闪电闪烁产生的NO_X 的化学热。目前这两个特征参数都是未知数，因此人们还无法确知闪电“制造”的NO_X 的数量。然而，闪电是模拟局部空气质量和全球气候的通配符。要了解天气形式，就不能不了解NO_X 的数量。为此，美国宇航局利用“奥拉”卫星在空间进行大气化学测量，利用测量结果为全球化学和气候模型提供数据，从而估算出全球大气产生的NO_X 数量约为600 万吨。
　　
　　闪电喜欢袭击喜马拉雅山脉的主要原因是该地区极特别的地形，这种地形迫使从印度洋上来的大量空气聚集在一起，形成剧烈动荡的气流，为雷电的形成提供了温床。而非洲中心全年雷暴频繁，则是大西洋上来的气流在山地作用下局部增强的结果。
　　相对而言，大海则是闪电的“墓园”。生活在太平洋一些岛屿上的人，其语言中几乎找不到“闪电”一词。为什么呢？水的热容量较大，海水不容易升温，海面上白天没有陆地那么热，因此海面上空低层大气的温度一般不高。而低层大气的热量是“滋生”闪电的至关重要的因素，没有了这个因素，就失去了孕育闪电的可能性，所以海面上很少见到闪电。南北极的情况亦大致相同。
　　雷电强度同时间的关系图给出了一个有趣的结果：北半球大多数雷电发生在夏季，赤道地区雷电出现在春秋两季。这种季节性变化造成一个令人惊奇的南北不对称：夏末，雷电点燃了北美洲的许多野火，因为这个季节北美洲地面干燥，有少量引火物，揿下雷电的“打火机”就能点燃野火。而在南美洲，野火常常是人为的，因为这里的雷电发生在地面潮湿的季节，而潮湿物品是很难被雷电之火点燃的。
　　谨防落地雷 虽然不是所有的雷电都可怕，但“落地雷”却是一个例外。落地雷是由从云层延伸到地面的闪电形成的，形成过程是：云中闪电向下延伸到地面附近时，地面突出部分特别是物体的尖端部分向空中释放大量电荷，地面物体释放的是正电荷，闪电所带的是负电荷；当负电荷非常接近地面物体、但未与物体接触时，正电荷就冲破空气的约束，主动迎上去；这一过程造成空气在很短时间内被迅速加热到10000～20000 ℃，发生剧烈膨胀，发出声响，最初是“卡嚓嚓”声，最后是惊天动地的霹雳，这就是落地雷。
　　落地雷的破坏作用来自其强大的电流、炽热的高温、多种电磁辐射和很强的冲击波。据研究，强雷暴中可以产生1 万～10 万安培电流，这些电流可使其路径上数十厘米直径的空气加热到上万摄氏度！在这么高的温度下，再难熔化的金属也会熔化成“水”，再难点火的物体也能着火燃烧。位于这条路径上的人和牲畜受到如此高温和强大电流的袭击，当然难逃一死。高大建筑物、参天大树、通信设施、通信信号和航天器电子设备等受到雷电产生的强大电磁辐射和冲击波的袭击，当然也会严重受损。
　　落地雷危害虽大，但却可以预测。如果雷雨云底层的高度很低，比如离地面只有100 ～200 米，就有可能发生落地雷；如果出现垂直向下的树枝状闪电，也可能发生落地雷。见到这些天气现象，按照下述注意事项去做，就可以预防落地雷：
　　1.在雷雨天气里，人和牲畜不要到大树、高大建筑物和高墙下躲避；
　　2.不要靠近和接触潮湿的、带电的物体及金属物体；
　　3.不要在架空线路和电线杆下行走；
　　
　　4.不要在河岸边停留或划船；
　　5.家用电器应当接地，在使用后必须切断电源；
　　6.为建筑物安装避雷针。为了做好雷电预防工作，从2007 年6 月11 日起，中国气象局在全国范围内实施《气象灾害预警信号发布与传播办法》。《办法》指出，雷电预警分为三级，分别以黄色、橙色和红色表示，黄色为低级，橙色为中级，红色为高级。其中，一旦发布橙色信号，雷电防御措施应该是：在空旷地带不要打伞，切断危险电源，人员应该留在室内等。
　　
　　百年探索
　　
　　从1752 年以来，人们探索雷电奥秘已经有250多年的历史了，有关雷电的神话故事则出现得更早。
　　
　　古人话霹雳 人类很早就已开始注意雷电。在一些古老民族的神话中，长期把雷电当作一种超自然现象，当成令人生畏的神灵的巨大武器。古希腊人把雷电看作是宙斯猛然抛出的神物。斯堪的纳维亚人认为，雷电是坐在战车上的雷神穿过云层时用铁锤击打铁砧产生的火花。北美印第安部落想象闪电是神鸟翅膀的扇动，雷则是神鸟扑打翅膀发出的声音。我国古人把雷电看作是雷公雷母用来警示世人、惩罚恶徒的工具。
　　风筝实验 这个实验是在18 世纪下半叶做的，当时静电学理论已经成熟，人们已能将正负电荷分开，并能把静电发电机发出的电荷贮存在原始的电容器里。人们不仅知道贮存在电容器里的电荷可以产生电火花，而且知道这种电火花可以观测。一些人还注意到实验室里的电火花与闪电的火花类似。这些电学知识是风筝实验的理论依据。著名的风筝实验是从富兰克林开始的。当时，富兰克林从理论上认识到云是带电的，并猜想闪电也一定带电。他认为，证明他的猜想的最好方法就是用风筝做实验，因为风筝可以放到比较高的高空，可以飞到任何地方。风筝飞到哪里，就能将金属棒带到哪里。1752 年，美国宾夕法尼亚发生雷暴期间，富兰克林进行了历史上著名的风筝飞行试验。他把一只大风筝放到天空，从风筝上引下一根细铜丝，自己站在站台上，一只手拿着系铜丝的铁棒，另一只手和地面接触。这样，富兰克林接地的身体为雷暴云中的电流提供了导电通道。（注意：读者千万不要做这样的试验，因为它是非常危险的，弄得不好会引来巨大的惊雷，带来杀身之祸！）如果云是带电的，从风筝往下流的电流就可以通过地面放电，铁棒和接地的丝网之间就应当出现火花。
　　富兰克林设计了实验装置，但他没完成实验。第一个成功完成这项实验的是法国的托马斯·弗朗科斯·戴立巴德，他在1752 年5 月一次雷暴期间观测到铁棒上的火花迸发。瑞典物理学家G ·W ·黎其曼1753 年7 月在俄国证明了积雨云中有电荷。不过，在19 世纪末以前，人们对雷电特性的认识还很肤浅。19 世纪末，随着照相设备和光谱测量设备在雷电观测中的应用，人们才对雷电特性有了较深刻的认识。随后，许多人用照相方法检测了雷电对地面放电的电流。在此期间，德国的伯克尔斯还通过分析雷电电流感应的磁场，估计了雷电电流的数值。在雷电研究中做出重要贡献的人，是诺贝尔物理奖获得者C ·T ·R ·威尔逊，他是现代雷电知识的主要贡献者。他还用现代观测资料和电场测量估计了雷暴的变化结构。20 世纪60 年代以后，由于闪电对航天器的危害和科学技术的进步，雷电研究特别活跃。现代研究 为了探索雷电的成因，一些科学家利用“测量对流层降雨量飞行器”测量了100 多万块云。测量仪器是雷达和“闪电光学成像敏感器”。前者用来测量云中冰块的数量，后者记录闪电闪烁的次数。利用这些仪器的测量结果，科学家比较了云里冰的含量和闪电闪烁次数之间的关系，发现在陆地上、海洋里和沿海地区等各种环境下，冰和闪电之间都有很强的相关性。一些特征参数的相关系数达到90%以上，个别小雷暴的相关性甚至更强。冰块和雷电之间的密切关系，为天气和气候预报提供了很大方便。在编写天气和气候预报的程序时，需要知道云中有多少冰，然而我们无法得到这一数据，因为无法在每一块雷暴云中安装雷达，从而测量它的含冰量。不过，知道了闪电闪烁次数和冰块之间的关系，科学家就可以通过闪电闪烁次数来估算冰的数量，供给天气和气候预报使用。
　　揭秘隐蔽电流 科学家在地面与电离层之间测量到15万～60 万伏电位差。这是惊人的数字！而更惊人的是，按照有关理论，这个电位差应在15 分钟内自然平衡，而实际上却没有。这是为什么？有人怀疑这里存在一个“电泵”，它像水泵一样维持着地面和电离层之间巨大的电位差。然而计算表明，“电泵”给出的数字不合理。于是科学家又猜想，闪电只是造成云和地面电位差的部分原因，应该还有其他原因。
　　对于这个电位差，美国宇航局马歇尔空间飞行中心的水文和气候科学家理查德·布拉克斯利提出了一种看法。他说：“地球及其大气犹如一个巨大的电路回路。在晴朗的天气，空气的导电性虽然很差，但电离层和地面之间的巨大电位差仍能推动极微小的电流稳定地从大气流向地面……
　　所以应当有一种东西推动电流从地球向上返回大气中，这样才能构成一个完整的回路，并保持回路里持续有电流流动。从理论上讲，从下向上流的电流应当和从上向下流的电流相等，但目前这两种电流不能平衡。”
　　布拉克斯利提出的“极微小的电流”在远处是测量不到的。为了近距离测量雷暴内发生的现象，布拉克斯利及其合作者利用一种新方法检测雷暴，即应用在伊拉克战场上使用过的“掠夺者”无人驾驶飞机进行空中测量。高空飞行的“掠夺者”叫做“奥尔塔斯－2 ”，它可以测量雷暴周围看不见的电磁场。当它穿过雷暴云时，它就穿过了电磁场，就能测量自己飞行路径上电磁场的强度和方向。这种测量结果与“闪电光学成像敏感器”测量资料相结合，能给出雷暴下部电荷分布的完整图画。
　　经过测量，布拉克斯利等人得到如下结论：
　　1.从一个雷暴上流出去的电流可能很小，但如果把整个地球上所有雷暴云顶上的少量电流积聚到一起，就能得到数量可观的电流；
　　2.雷暴内电场足够强时，雷暴下面的地球表面就变成带电体，小草、树木、人以及其他一切东西都开始出现电荷，这些电荷流进大气就是电流，虽然有时能在一些物品上见到电荷出现的标记，但在一般情况下这个标记是看不见的，然而不管出不出现标记，在整个雷暴时间内都有电荷发生；
　　3.深入带电雷暴内的无人驾驶飞机探测表明，天空的雷暴比我们肉眼看到的多得多；
　　4.在被卷走的与变小的雷暴云中，巨大的电力线和磁力线在雷暴云顶与最高层大气之间弯曲成弧形，而在云的下方则往下延伸，一直延伸到地面，犹如攀缘在地面的卷须（一种攀缘植物）。
　　
　　上述观测表明，在包括最高层大气在内的地球周围内，确实存在供带电粒子环绕运行的封闭的磁力线。换言之，布拉克斯利等人已经观测到电路回路。综合以上观测和分析，可以得出“雷暴云内部隐藏了隐蔽的电流”这一结论。
　　（本文部分图片由美国宇航局提供。）