很难将目光从夏季雷暴的壮观景象中移开——耀眼的纯粹闪电，随后是云层中酝酿的险恶隆隆声。但典型的闪电现象与科学家们称为“超级闪电”的神秘现象相比，就显得苍白无力了——超级闪电的威力可能是普通闪电的 1000 倍。现在，科学家们为这些极端闪电的形成提供了一种新的潜在解释。
每秒钟，全球发生多达 100 次闪电放电。但超级闪电更强大、更罕见，约占所有闪电的千分之一。这种现象最早于 1977 年被一组负责探测核爆炸的卫星记录下来。当时的研究人员观察到，这些闪电的强度是普通闪电的 100 倍，持续时间是普通闪电的两倍，约为一毫秒。
2019 年的一项研究发现，超级闪电集中在世界各地的三个特定区域——北大西洋、地中海和南美洲的阿尔蒂普拉诺高原——并且往往在 11 月至 2 月达到高峰。同一项研究表明，超级闪电通常袭击水面而不是陆地，这与普通闪电倾向于出现的地方相反。“我们看到了这篇论文，然后我们开始思考，‘为什么会发生这种情况？’”耶路撒冷希伯来大学的物理学家、上个月发表在《地球物理研究杂志：大气》上的新研究的主要作者阿维查伊·埃夫莱姆说。
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为了研究这种现象，该团队将来自全球闪电定位网络（使用甚低频或 VLF 无线电接收器监测闪电）的闪电数据与产生闪电的风暴属性数据相匹配。
研究人员得出的解释与雷暴的内部机制有关。在湍急的暴雨云中，微小的冰晶和霰（一种柔软的冰冻降水）的碰撞会产生电场，称为充电区，闪电由此诞生。带正电的冰晶被上升气流（上升的气流）推向云层顶部。带负电的霰较重，因此它们会落向云层底部。当电荷变得更强时，静电放电最终会像闪电一样穿过它们之间的空气。（这种情况也会发生在云层带负电的下部和地面带正电的部分之间。）
但该团队的研究表明，超级闪电发生在充电区和地球表面之间的距离较短时。“我们睁大了眼睛，”埃夫莱姆在描述他看到结果的那一刻时说。“这非常清楚。”
然而，这一发现仍然没有描述因果关系。为了解释为什么距离可能起作用，埃夫莱姆将这种现象比作电容器——一种在收音机、投影仪和冰箱等设备中存储能量的电子元件。“有两个带电板，它们之间有一些材料或空气，”他解释道。埃夫莱姆说，当这些板靠得太近时，电场会变得越来越强，导电性也会越来越强，如果云层中发生类似的情况，就会产生更强的闪电。
埃夫莱姆的发现为试图解释超级闪电超高能量的研究和多种理论增添了新的内容。一种理论认为，水和土壤盐度之间的巨大差异会导致闪电中更高的能量。在新论文中，埃夫莱姆和他的合著者认为，这种理论无法解释为什么大西洋和地中海的不同盐度会导致相似数量的超级闪电。另外两种理论将来自沙漠地区或海浪飞沫的气溶胶与云层增强和增强的电气化联系起来。但这些只解释了特定地区的现象，而不是全球现象。
埃夫莱姆说，他团队的解释适用于更多发生超级闪电的地点，但他和他的同事无法证实这可以解释赤道和北太平洋周围的情况。“仍然有很多悬而未决的问题，”新罕布什尔大学物理学和天文学教授刘宁宇说，他没有参与这项新研究。他指出，这项研究的解释适用于发生在东北大西洋和地中海的超级闪电，但不适用于其他地方。“为什么这两个区域与其他水域区域如此不同？”刘问道。
洛斯阿拉莫斯国家实验室的大气科学家迈克尔·彼得森没有参与这项新研究，他认为从太空观察到的最亮的超级闪电源于带正电的云地静电浪涌，而更频繁地引起标准闪电的事件是带负电的云地事件。
彼得森认为，这项新研究没有观察到符合当前对超级闪电理解的闪电。在 2019 年的研究中，从地面 VLF 雷达（如埃夫莱姆及其同事的最新调查中的雷达）观察到的超级闪电似乎主要源于带负电的云地事件。彼得森说，早期的这一发现暗示，测量不同波长电磁频谱的工具正在感知一种不同的闪电。“因此，我们正在处理一种相似但同时又不同的闪电现象，”他说。
彼得森希望看到新结果通过电场测量以及来自天气雷达的微物理测量得到验证，以便更好地了解带电降水的行为如何导致闪电。借助这些测量，“我更有可能相信这个理论，特别是如果安第斯山脉上空有验证数据，而不是中纬度海洋上空，”他说。产生超级闪电的风暴类型往往发生在海洋上，那里的充电区和地表之间的距离大于山脉上空的距离。彼得森说，这表明可能是物理学——而不是高于地球表面的高度——是原因。尽管如此，他补充说，新结果很有趣，并且是在理解所涉及的闪电物理类型方面向前迈进了一步。
为了回应新论文结论的批评，埃夫莱姆指出，“关于是什么原因导致了这些超级闪电，已经有很多理论，我认为这个是最有力的一个。”
但他和他的同事计划更深入地研究这个问题，特别是关注赤道附近的超级闪电。“我们将不得不更深入地研究数据，”埃夫莱姆说，“并试图弄清楚在不一定遵循我们解释的其他地区会发生什么。”