闪电温度比太阳表面还高?
我们平时说的太阳表面温度,准确讲是太阳光球层的有效温度,公认值是5778开尔文,换算成摄氏度大概是5505度。
而一道普通的云地闪电,它的放电通道核心温度,普遍能达到2万到3万开尔文,也就是19700到29700摄氏度左右,一些强雷电的峰值温度甚至能摸到4万开尔文,算下来足足是太阳表面温度的3到5倍还多。
怎么测出来的?不管是太阳还是闪电,科学家测温度靠的都是同一样东西——光谱。
说简单点,一切有温度的物体都会发光,而且温度不一样,发出来的光的颜色分布就不一样,温度越高,光的峰值波长就越短,偏蓝偏紫;温度越低就越偏红。
太阳的温度就是靠这个规律,也就是维恩位移定律算出来的,这个数值已经用了几十年,是天文界的标准值,没什么争议。
测闪电温度也是一个路数,但难度要大得多。
太阳是稳定发光的,你拿个光谱仪慢慢测都行;闪电呢,整个放电过程也就0.1到0.2秒,眨个眼的功夫就没了,而且还不是匀速发光,是一下一下的回击。
所以科学家得用高速无狭缝光栅光谱仪,精准捕捉闪电回击那一瞬间的光谱,然后分析里面氮离子、氧离子的特征谱线强度,再通过玻尔兹曼公式反推出通道温度。
早在上世纪60年代,就有学者在《地球物理学研究杂志》上发表了闪电激发温度的测量结果,后来国内《物理学报》也有大量相关研究,用不同波段的光谱都验证了这个结论:闪电核心区的温度,确实远超太阳表面。
那问题就来了,太阳这么大个恒星,怎么温度还不如一道闪电?本质上这是个能量密度的问题。
太阳的能量来自内部的氢核聚变,听起来很猛,但它的体积太大了,直径有139万公里,能量是均匀铺在这么大的球体里,再慢慢传递到表面,所以单位体积的能量密度其实并不夸张。
闪电就完全不一样了,它是积雨云里攒了半天的电荷,瞬间击穿空气形成放电通道,这根通道的直径也就5厘米左右,短的几十米,长的也就几公里。几万甚至几十万安培的电流,瞬间怼在这么细的通道里,空气分子直接被电离成等离子体,能量被死死压缩在极小的空间里,温度自然就“嗖”地一下冲上去了。
不过,也不用觉得闪电比太阳还可怕,这里必须澄清一个很多人的认知误区:温度高,不等于总热量多,更不等于杀伤力就一定更强。
举个生活里的例子,烤箱里200度的空气你伸手进去拿个盘子,可能啥事没有,但要是碰一下200度的开水,立马就得起泡。原因很简单,空气的热容小,虽然温度高,但能传递给你的总热量很少。
闪电就是这个道理,它温度确实高得离谱,但持续时间太短了,大部分能量都以光和冲击波的形式散掉了。一道典型闪电的总能量大概是10亿焦耳,换算下来也就280度电,够普通家庭用一个月。
你再对比太阳,它每秒释放的能量是3.8乘以10的26次方焦耳,相当于几百万亿道闪电同时放电,这根本就不是一个量级的东西。
当然了,这不是说闪电就不危险。闪电击中人的伤害主要来自强电流对心脏和神经系统的破坏,还有瞬间高温让接触部位的水分极速汽化造成的爆裂伤,不是说像烤火一样把人烤熟。
很多人见过大树被闪电劈裂,其实也不是烧断的,是树里的水分瞬间汽化膨胀,直接把树干撑炸了。
还有人脑洞大开,问闪电温度这么高,怎么没引发核聚变啊?嗨,这就有点想多了。
氢核聚变需要的是千万度级别的高温,再加上极高的压力,太阳核心是1500万度再加3000亿个大气压,才能持续聚变。闪电那几万度看着挺唬人,离千万级还差着两三个数量级,压力更是差得远,连核聚变的门槛都摸不到。在恒星内核眼里,闪电那点温度基本等于凉的。
所以说“闪电比太阳表面还热”这句话,严谨来说是成立的,但一定要加上“表面”这两个字。要是跟太阳核心比,那闪电连个热身都算不上。
