“雷霆令人印象深刻，”马克吐温写道，“但真正起作用的是闪电。” 任何看过闪电风暴的人都会明白他的意思：闪电是自然界中最令人敬畏的现象之一，它的可怕的叉子照亮了天空。
根据英国气象局的数据，每年闪电袭击地球的次数高达14 亿次，或估计每秒 44 次。这不仅仅是一场灯光秀：闪电在控制地球电平衡方面发挥着关键作用；有助于固氮，从而帮助植物生长；甚至可能有助于清除大气中的污染物。
但是有些雷击比其他雷击更努力。虽然大多数闪电的长度为2 到 3 英里（3.2 到 4.8 公里），但一些真正巨大的闪电偶尔会在我们头顶噼啪作响，在数百英里的天空中分叉。但闪电究竟能有多大？我们应该担心这些巨大的螺栓吗？
闪电是怎么产生的
当云的一个区域产生强正电荷而另一区域产生强负电荷时，风暴云中就会出现闪电，从而在它们之间产生电力。
美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 位于俄克拉荷马州的国家强风暴实验室的物理学家兼高级研究员唐·麦克戈曼 (Don MacGorman) 说：“闪电在电力极强的地区引发。” “它们变得足够强大，空气无法再承受电力并分解。”
这意味着，随着电力的增长，它会破坏空气的绝缘能力，这通常会使不同电荷的区域彼此分离。MacGorman 说，研究人员认为，这是因为过量电力的积累开始加速空气中的“自由”电子——那些不附着在原子或分子上的电子——反过来又将其他电子从原子和分子中释放出来。这个过程继续进行，加速越来越多的电子。“科学家称这个过程为电子雪崩，当我们说空气分解时，这就是我们的意思，”MacGorman 告诉 Live Science。
这最终会在空气中形成一个非常热的通道，其作用就像一根电线，其末端向外延伸到导致击穿的正电荷和负电荷。不断增长的通道最终连接了正电荷和负电荷，当它连接时，它会触发我们称为闪电的巨大电流。
“把它想象成一个巨大的火花，从云层中生长出来，”MacGorman 说。
有时，通常含有正电荷的云的下部区域本身没有足够的电荷来阻止通道。所以闪电继续增长，向下延伸到地面。当它这样做时，它会从地面吸引向上的火花与它相遇，从而引发具有巨大电流的闪电，将风暴的一些电荷输送到地面。这些云对地通道是我们大多数人在想到闪电时通常所描绘的——那些撞击地球的生动的分叉。
云是极限
但是是什么因素限制了这些巨大螺栓的尺寸呢？几十年来，研究人员一直试图回答这个问题。在垂直方向上，闪电的范围受限于风暴云的高度，即从地面到其顶峰的距离，其最高点约为 12 英里（20 公里）。
但横向来看，一个广泛的云系统提供了更多的发挥空间。这就是重量级人物施展魔法的地方。
早在 1956 年，德克萨斯州的气象学家迈伦·利格达 (Myron Ligda) 就使用雷达探测到跨越 100 多英里（160 公里）的闪光。当时，它被认为是有记录以来最长的闪电。从那时起，技术的进步使研究人员能够测量更大的闪光，甚至更多。
2007 年，研究人员在俄克拉荷马州上空发现了一个长 200 英里（322 公里）的螺栓。但仅仅十年后，这一记录就被抹去了：2017 年 10 月，中西部上空的云层释放出一道巨大的闪电，照亮了德克萨斯、俄克拉荷马和堪萨斯上空的天空。跨越三个州超过 310 英里（500 公里）的震动是如此空前，以至于一组研究人员在美国气象学会公报上发表了一项关于它的研究，将其描述为“特大闪电”。这是有记录以来最大的闪电之一。
但就连那一闪也被超越了。幸运的是，在 2018 年万圣节，巴西上空的一道闪电后来被发现跨越了 440 多英里（709 公里）。让气象学家保持警惕，天空在 2020 年 4 月 29 日释放了另一个庞然大物，打破了这一记录——从德克萨斯州延伸到密西西比州的特大闪电，覆盖了 477 英里（768 公里）。
虽然传统上通过天线和雷达等地面系统观察到闪电，但现在许多这些破纪录的闪电都是使用卫星记录的。其中一个称为地球同步闪电测绘仪，由两颗绕地球运行的卫星上的传感器组成，有助于揭示 2017 年 10 月闪电的巨大范围，麦格曼说，他是一项关于这次破纪录闪电的研究的作者. “该系统对从云顶发出的光作出反应，因此我们可以看到闪电发出的光，然后可以将其映射到几乎整个半球，”MacGorman 说。
巨人的形成
但即使有了这些令人兴奋的视觉洞察力，研究人员仍然不确定支撑如此长的电子照明的精确机制。云的大小几乎可以肯定是一个因素；MacGorman 说，还需要某些“中尺度过程——大规模的风流，使该系统能够连接在一起并长期存在。”
以这些妖云搭建的舞台，其中究竟发生了什么？英国曼彻斯特大学研究雷暴电气化的研究员克里斯托弗·埃默西奇说：“这些巨型闪电似乎是连续不断的放电序列。”
他假设，如果一个云系统在大片区域内高度充电，则一系列放电可以像一连串下落的多米诺骨牌一样在其中传播。“如果多米诺骨牌都建立起来没有太大的差距，那么一个会在大量倒塌中触发另一个，”Emersic 告诉 Live Science。“否则，它‘失败’，在这种情况下，你只会得到一个较小的空间闪电事件，而不是一次巨型闪电。”
母云越大，放电继续传播的机会就越大——“因此，如果电荷结构有利，为什么大闪原则上可以与母云一样大，”艾默西奇说。
这也意味着那里的闪光可能比我们已经看到的要大得多。“风暴可以变得比[我们测量过的]更大，”麦戈曼说。
与更复杂的检测工具配合使用，这使得闪电猎人很可能会继续寻找更大的闪电，打破目前的记录，并提高我们对这些巨大自然壮举的认识。
值得关注？
尽管他们描绘了世界末日的画面，但巨型闪电并不一定比普通闪电更危险。“空间广泛的闪光并不一定意味着它携带更多的能量，”艾默西克说。
然而，由于它们起源的云系统如此庞大，因此很难预测特大闪电袭击。“此类事件通常会导致远离对流核心主要闪电活动的地击，”艾默西奇说。“地面上的某个人可能会认为风暴已经过去，但却被这些似乎不知从何而来的空间广泛的排放物之一吓到了。”
Emersic 说，在一个变暖的世界中，引发特大闪电的风暴类型也有可能增加。“因此，间接地，这可以使条件更有可能，从而增加它们的频率。”
不过，就目前而言，巨型闪光并不常见。MacGorman 估计，它们仅占整体闪电的 1% 左右。尽管如此，像他这样的研究人员仍将继续狩猎——毫无疑问，还会发现——甚至更大的庞然大物，让我们惊叹不已。
