【大氣科學】幫雷聲拍張照

■美國科學家利用火箭、銅線，還有一串麥克風，成功的拍下了雷聲的照片。

撰文｜陳勁豪

臺灣夏天午後有時會聚集一片烏雲，接著就出現閃電及雷陣雨，瞬間減緩夏天的暑氣。一般而言，地球上每天平均大約發生四百萬次閃電，但是科學家對閃電跟雷聲的成因卻只知道大略狀況，而沒有辦法掌握整個過程的細節。簡單的說，閃電因為雲層懸浮粒子因為不斷摩擦而使電荷逐漸累積。當雲層中電荷超過臨界值，或是雲層中相對地面的電壓超過臨界電壓時便會引起放電，也就是我們所說的閃電。當閃電放電時，空氣會因為快速加熱到超過攝氏兩萬五千度，而快速膨脹，因此發出轟隆的雷聲。

既然每天會發生四百萬次閃電，那為什麼科學家沒有辦法仔細測量閃電的形成呢？原因很簡單，因為閃電都是隨機出現，幾乎無法預測發生的時間地點，自然也就沒有辦法準備好偵測儀器進行測量。

為了解決這個問題，美國Southwest Research Institute的Maher Dayeh跟他的研究團隊決定人工激發閃電，在可控制的狀況下來進行測量。他們的實驗基地位於佛羅里達的 International Center for Lightning Research。這個地方的好處是佛羅里達很近，很容易產生實驗所需要的雷雨雲。他們選了一片雷雨雲為目標。當這片雷雨雲飄到他們實驗預定地上空時，他們就發射一個火箭衝到雷雨雲裡。火箭的後面掛著一條非常長的銅質電線，使得雷雨雲中的電荷能夠順著電線傳導到地面上，進而讓所有的測量儀器可以瞄準這個方向進行測量。為了測量閃電所發出的雷聲，實驗團隊在地面上設置了由15座麥克風所形成的陣列。

根據地面上的麥克風陣列所收到的訊號，他們可以重建出雷聲產生與傳遞的情形。他們發現，最大的雷聲發生在當閃電擊中地面的時候。這些訊號可以告訴科學家，閃電的形成原因，跟氣壓，空氣密度的關係，還有閃電是如何擊中地面的。

這次的實驗證明用聲學方法研究閃電跟雷聲是可行的。他們下個階段打算對他們的研究方法進行微調，希望能夠研究更多種類的閃電模式。

參考資料：
1. Physics World 2015/05/08: Clap your eyes on the first 'images' of thunder
2. Smithsonian 2015/05/05: Rockets and Microphones Reveal the First Images of Thunder

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作者：陳勁豪　科教中心特約寫手，從事科普文章寫作。2011年於美國紐約州立石溪大學(SUNY at Stony Brook)取得博士學位，研究主題為相對論性重離子碰撞(Relativistic Heavy Ion Collision)。長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯。