很難將目光從夏季雷暴的壯觀景象中移開——耀眼的純粹閃電，隨後是雲層中醞釀的險惡隆隆聲。但典型的閃電現象與科學家們稱為“超級閃電”的神秘現象相比，就顯得蒼白無力了——超級閃電的威力可能是普通閃電的 1000 倍。現在，科學家們為這些極端閃電的形成提供了一種新的潛在解釋。
每秒鐘，全球發生多達 100 次閃電放電。但超級閃電更強大、更罕見，約佔所有閃電的千分之一。這種現象最早於 1977 年被一組負責探測核爆炸的衛星記錄下來。當時的研究人員觀察到，這些閃電的強度是普通閃電的 100 倍，持續時間是普通閃電的兩倍，約為一毫秒。
2019 年的一項研究發現，超級閃電集中在世界各地的三個特定區域——北大西洋、地中海和南美洲的阿爾蒂普拉諾高原——並且往往在 11 月至 2 月達到高峰。同一項研究表明，超級閃電通常襲擊水面而不是陸地，這與普通閃電傾向於出現的地方相反。“我們看到了這篇論文，然後我們開始思考，‘為什麼會發生這種情況？’”耶路撒冷希伯來大學的物理學家、上個月發表在《地球物理研究雜誌：大氣》上的新研究的主要作者阿維查伊·埃夫萊姆說。
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為了研究這種現象，該團隊將來自全球閃電定位網路（使用甚低頻或 VLF 無線電接收器監測閃電）的閃電資料與產生閃電的風暴屬性資料相匹配。
研究人員得出的解釋與雷暴的內部機制有關。在湍急的暴雨雲中，微小的冰晶和霰（一種柔軟的冰凍降水）的碰撞會產生電場，稱為充電區，閃電由此誕生。帶正電的冰晶被上升氣流（上升的氣流）推向雲層頂部。帶負電的霰較重，因此它們會落向雲層底部。當電荷變得更強時，靜電放電最終會像閃電一樣穿過它們之間的空氣。（這種情況也會發生在雲層帶負電的下部和地面帶正電的部分之間。）
但該團隊的研究表明，超級閃電發生在充電區和地球表面之間的距離較短時。“我們睜大了眼睛，”埃夫萊姆在描述他看到結果的那一刻時說。“這非常清楚。”
然而，這一發現仍然沒有描述因果關係。為了解釋為什麼距離可能起作用，埃夫萊姆將這種現象比作電容器——一種在收音機、投影儀和冰箱等裝置中儲存能量的電子元件。“有兩個帶電板，它們之間有一些材料或空氣，”他解釋道。埃夫萊姆說，當這些板靠得太近時，電場會變得越來越強，導電性也會越來越強，如果雲層中發生類似的情況，就會產生更強的閃電。
埃夫萊姆的發現為試圖解釋超級閃電超高能量的研究和多種理論增添了新的內容。一種理論認為，水和土壤鹽度之間的巨大差異會導致閃電中更高的能量。在新論文中，埃夫萊姆和他的合著者認為，這種理論無法解釋為什麼大西洋和地中海的不同鹽度會導致相似數量的超級閃電。另外兩種理論將來自沙漠地區或海浪飛沫的氣溶膠與雲層增強和增強的電氣化聯絡起來。但這些只解釋了特定地區的現象，而不是全球現象。
埃夫萊姆說，他團隊的解釋適用於更多發生超級閃電的地點，但他和他的同事無法證實這可以解釋赤道和北太平洋周圍的情況。“仍然有很多懸而未決的問題，”新罕布什爾大學物理學和天文學教授劉寧宇說，他沒有參與這項新研究。他指出，這項研究的解釋適用於發生在東北大西洋和地中海的超級閃電，但不適用於其他地方。“為什麼這兩個區域與其他水域區域如此不同？”劉問道。
洛斯阿拉莫斯國家實驗室的大氣科學家邁克爾·彼得森沒有參與這項新研究，他認為從太空觀察到的最亮的超級閃電源於帶正電的雲地靜電浪湧，而更頻繁地引起標準閃電的事件是帶負電的雲地事件。
彼得森認為，這項新研究沒有觀察到符合當前對超級閃電理解的閃電。在 2019 年的研究中，從地面 VLF 雷達（如埃夫萊姆及其同事的最新調查中的雷達）觀察到的超級閃電似乎主要源於帶負電的雲地事件。彼得森說，早期的這一發現暗示，測量不同波長電磁頻譜的工具正在感知一種不同的閃電。“因此，我們正在處理一種相似但同時又不同的閃電現象，”他說。
彼得森希望看到新結果透過電場測量以及來自天氣雷達的微物理測量得到驗證，以便更好地瞭解帶電降水的行為如何導致閃電。藉助這些測量，“我更有可能相信這個理論，特別是如果安第斯山脈上空有驗證資料，而不是中緯度海洋上空，”他說。產生超級閃電的風暴型別往往發生在海洋上，那裡的充電區和地表之間的距離大於山脈上空的距離。彼得森說，這表明可能是物理學——而不是高於地球表面的高度——是原因。儘管如此，他補充說，新結果很有趣，並且是在理解所涉及的閃電物理型別方面向前邁進了一步。
為了回應新論文結論的批評，埃夫萊姆指出，“關於是什麼原因導致了這些超級閃電，已經有很多理論，我認為這個是最有力的一個。”
但他和他的同事計劃更深入地研究這個問題，特別是關注赤道附近的超級閃電。“我們將不得不更深入地研究資料，”埃夫萊姆說，“並試圖弄清楚在不一定遵循我們解釋的其他地區會發生什麼。”