【菜科解读】

闪电几乎人人都见过，但真是极少有人会想：那些击中了地球的电最后到底去了哪里。

今天我就来为你分析分析。

（击中大地的闪电）

先说说电是怎么来的

学过初中物理的朋友都知道摩擦会产生电，也做过拿塑料尺子在头发上擦几下然后去吸小纸片的试验。

原理很简单，两个不同的物体，当它们相互摩擦的时候，一个物体会从另一个物体表面夺走电子，因为电子带负电，于是抢了电子的一方就带了负电，失去电子的一方就带了正电荷。

无论是得到电子还是失去电子的一方都会产生电场，这种电场会极化那些原本不带电的物体使其带电并吸引它们；

接地时就会发生放电的现象。

如果说吸纸片的试验咱们体会不出电荷得失的厉害，那么当你冬天穿脱毛衣时就会有更深的体验了：毛衣不仅会发出啪啪的声音，还会吸起你的头发、电得你皮肤疼，更有甚者，如果你晚上关了灯还能看到毛衣发出的蓝色电光。

（塑料尺子吸纸片试验）

当然，这点电光跟大自然的闪电比起来完全不值一提。

闪电通常是云层之间或云层与大地之间的剧烈脉冲式放电现象。

闪电的发生与大气中对流云团的堆积有关，当天上有大量对流云团，云层中的水气分子、高空中的冰晶之间会因为云层的剧烈运动而相互碰撞摩擦，这种摩擦与塑料尺摩擦头发一样，它会使彼此都带上电。

失去电子的云带正电荷，因为比较轻，它们会运动到云层上方；

而另一些得到电子的云带负电荷，它会则沉到云层的下方。

云层下方带负电荷的云因为强大的电场作用，它不仅会吸引上方带正电荷的云层，同时也会隔着空气使地面的一些东西带上正电荷。

（对流云团的相互摩擦使云层带电，同时感应地面物体带电）

从上图电荷分布情况我们可以看出，闪电有一部分发生在云团中不同电场的云层之间，而击中地面的闪电则是云层底部与地面感应电场的电流流动。

你可以把上方的云层想象成头发、中间云层是塑料尺，而地面的物体则是被感应带电的纸屑。

当云层中电荷越聚越多，其电场强度也越来越大，受云层电场感应，地面物体的感应电场强度也越来越大。

由于空气不是电的良导体，地面正电荷会向山顶、树木的尖端、房屋的顶部聚集；

云中的负电荷也在不断向下找通路。

随着电场强度从几KV/cm上升到10KV/cm，电流就足以电离空气，建立起地面与云层间的闪电通道。

电荷的流向

我们通常看到闪电，都会认为是空中的电流灌入了大地，其实并不总是如此。

有许多闪电在云层内部发生，而在云层与地面间的闪电电流也常常是双向的。

（云中的闪电）

闪电有正闪电与负闪电之分。

正闪电是云中的正电荷对地面的放电，这时候电流从云流向地面，正闪电很猛烈，电流幅值通常在100KA以上。

但大多数的闪电是负闪电，它与正闪电相反，电流是从地面向云层放电，负闪电没有正闪电猛烈，电流幅值大约是正闪电的20%-50%。

击中地球的电流都去哪了？

闪电放电的能量通常有这么几个途径：

一、热能。

闪电会迅速加热周围的空气，使其温度上升到30000℃以上；

如果闪电击中树木，它会很轻易地点燃大树并造成森林火灾；

而如果闪电击中地面，极高的温度会使沙子熔融，变成闪电熔岩。

（一块小的闪电熔岩，高温熔融了硅砂，使其呈现多孔的玻璃质地）

闪电迅速加热空气会造成沿路的空气急剧膨胀，产生强烈的冲击波，这就是雷声。

二、化学能。

闪电强大的电流会电离空气中的氮气和氧气，一部分氧气会变成臭氧；

还有一部分氧气会与氮气发生化学反应，生成一氧化氮，这种氮氧化物被雨水带到地面，会成为植物的重要废料。

三、直入地下。

大部分闪电的电能都泄入地球内部了。

地球本身就是个大电容。

在前面闪电生成的部分我们已经提到，云层与地面间的闪电是因为二者之间的感应电场造成的电流流动，所以当闪电发生时，云层电荷的释放会伴随电场的削弱。

地球是一个电阻非常低、电容量非常大的物体，它拥有吸收无限电荷的能力，而且在吸收大量电荷后仍能保持电位不变，因此“接地”电位被作为电气系统中的参考电位体。

（向上喷射的闪电）

地面与大气电容

地球表面与大气之间存在电势差，这个地面电势大约为30万伏特，我们已知地球表面带着55万库伦的负电荷，同样地，地球表面大气中也带有55万库伦的正电荷。

由公式 C=Q/U，

我们可以得出地球表面与大气间总的电容值约为1.7F。

（应该有朋友注意到我没有使用那个“孤立球导体计算公式”来计算地球电容708uF。

因为在此处我们计算的是地球表面与大气间的电容值，不是地球球体的电容。

）

当某个地区发生雷雨，地表与大气之间因为空气潮湿会中和地表与大气之间的电荷，削弱地表与大气之间的电势差。

在这个时候，闪电实际上充当了一种反向充电机制，以此维持地表与大气之间总电势的相对平衡。

（闪电是地球维持电势平衡的反向充电机制）

在太平洋深处，地球外核的熔融铁于2010年意外逆转方向

由欧洲航天局领导的卫星任务帮助科学家追踪了这一剧烈变化，揭示了地球深处内部可能比之前认为的更不稳定和更具动态性。

几十年来，科学家们一直认为他们对液态金属在地球外核内部的运动有合理的理解。

埋藏在地表下约2200公里的巨大熔融铁层似乎遵循相对稳定的长期模式。

然后情况发生了变化。

2010年，赤道太平洋下方一大片富含铁的流体区突然改变了航向。

水流没有继续向西流动，反而突然加速向东流动。

研究人员仍不完全清楚其具体原因，但新分析的卫星和地面观测现提供了迄今为止最清晰的地球中心隐藏动态之一。

卫星揭示了地球深处隐藏的转变这项发表在《地球深部内部研究杂志》上的新研究，分析了1997年至2025年间收集的磁场数据。

科学家们结合了地面站的观测数据与多个卫星任务的测量数据，包括欧洲航天局的Swarm和CryoSat，以及德国CHAMP任务和Ørsted卫星的数据。

这些任务使研究人员能够监测地球磁场的细微变化，这种磁场是由外核中导电熔融铁的运动产生的。

通过研究这些变化，科学家们重建了地球核心与地幔边界处的流动模式。

该分析揭示了太平洋的意外逆转。

研究发现，2010年，太平洋地区从微弱向西移动转为强烈向东移动，挑战了此前外核在长期内表现大致稳定且可预测的假设。

地球的磁场屏蔽依赖于这种流动地球的磁场之所以存在，是因为液体外核内部不断运动。

当熔融铁环绕固体内核时，形成了地球的地质发电机——负责产生环绕地球的磁场的过程。

这种磁场屏蔽在保护地球免受来自太阳的带电粒子影响中起着关键作用。

没有它，地球的大气层和技术系统将更加容易受到有害太阳辐射的影响。

尽管新观测到的逆转对人类和气候没有威胁，科学家表示理解这些内部变化极为重要。

磁场在不断演变。

即使是渐进的变化，也会影响导航系统、航天器操作以及用于预测近地空间天气的模型。

群聚卫星提供了关键线索ESA的三颗Swarm卫星于2013年发射，专为以极高的精度绘制地球磁场而设计。

它们的高灵敏度磁力计能够将来自核心深处的信号与地壳、海洋、电离层和磁层产生的磁效应区分开来。

由于卫星运行在精心协调的轨道上，研究人员能够追踪磁场模式随时间演变的过程。

这些观测帮助科学家不仅识别了太平洋反转本身，还发现了后续的扰动，包括2017年的地磁震动，即地球磁场行为的快速变化。

据欧洲航天局Swarm任务经理Anja Stromme介绍，Swarm的长期数据集尤为宝贵，因为它提供了多年持续的全球覆盖，而不仅仅是依赖分散的地面观测站。

这种持续监测使研究人员能够观察2010年反转后岩心动力学的变化，并跟踪东流随时间演变。

科学家认为这种逆转可能已经开始减弱主要研究作者弗雷德里克·达尔·马德森表示，这一突如其来的反转引发了关于地球深层内部行为的重大新问题。

研究人员目前正试图确定该事件是暂时波动、反复振荡的一部分，还是核心内新稳定环流模式的开始。

有趣的是，团队的模型表明，自2020年左右以来，太平洋下方强劲的东流已经减弱。

卫星数据还揭示了快速变化的流动结构和波状加速度，这些在较旧或噪声较大的数据集中可能未被检测到。

这些发现暗示地球核心可能经历的短期区域变异远超科学家此前的认知。

弗雷德里克·达尔·马德森还指出，太平洋流动反转的时间与地球内核通过大地测量和地震学研究推断出的变化相吻合。

研究人员现在怀疑，多个深地层发生的过程之间可能存在联系。

深地球可能比预期更紧密相连参与该研究的科学家表示，这些发现可能会重塑研究人员对地球外核、内核和下地幔相互作用的看法。

欧洲航天局群组任务科学家伊丽莎白塔·约尔菲达解释说，太平洋逆转挑战了长期以来“西向环流稳定主导外核”这一观点。

相反，研究表明，重大地区变化可能在短短十年内迅速出现。

这种可能性尤为重要，因为地核与地幔之间的边界被认为是决定深地球动力学的最关键区域之一。

理解这些层次如何相互影响，有助于科学家构建更准确的地球内部演化模型。

为什么这很重要这一发现凸显了科学家们对隐藏在地表动的金属海洋知之甚少。

曾经看似相对稳定的系统，实际上可能能够快速且出乎意料地进行重组。

得益于像Swarm这样的长期卫星任务，研究人员现在可以近乎实时地监测地球的磁引擎，捕捉到以前难以察觉的细微变化。

随着科学家们致力于了解地球磁场的演化以及行星内部深层过程之间的相互联系，这些观测变得越来越重要。

太平洋的逆转最终可能只是暂时的。

或者它可能表明地球核心的运作方式比研究人员曾经想象的更加多变和复杂。

无论哪种情况，这一事件都为我们地球上最难到达的地区之一打开了一扇新的窗口。

黑洞会吞噬地球吗 黑洞又是怎样吞噬地球

　　人类对于黑洞的好奇一直都没有停歇，就连科学界都对此争吵不断——霍金甚至一度想证伪黑洞的存在，更别说民间的无数科幻作品了。

很多小说都有过人类的末日是太阳死亡变成黑洞进而吞噬地球这样的桥段，地球被黑洞吞噬，到底会是一幅怎样的场景?近日，一位美国科学家给出了答案。

　　"面条化"假设!有一个非常著名的黑洞假设——物体在靠近黑洞时，由于引力作用，会被"面条化"(spaghettification，这个单词来源于spaghetti，意大利面)。

简单来说，如果你离黑洞过近，就会被黑洞的引力拉成像面条一样长长的一条。

这种效果的产生是重力梯度作用于你身体而产生的变化。

　　想象一下，你正在一脚踏进一个黑洞，因为你的脚跟头部相比，离黑洞更近，所以它会受到来自黑洞的更强的引力，同时，你的手臂因为摆臂的关系，与你的脚还不在一个方向上，所以手臂还会受到一个来自不同方向引力的牵引。

　　不同的位置、不同的方向，这就使得身体的不同部位从边缘向中心聚集，最终的结果不仅是身体整体的延伸，更让身体的中间变薄变长，因此，你的身体，地球也是一样，就会像被拉成了一根长长的面条，被黑洞的大嘴吞噬进去。

　　黑洞视界让你短暂拥有"上帝之眼"!假设一下，如果我们的地球旁边突然冒出来一个黑洞，会出现怎样的情景?　　首先，导致面条化的引力效应开始发挥作用，地球接近黑洞的部分会比另一边受到更强的引力，于是地球开始解体，如果这个黑洞的质量非常巨大，那么我们甚至有可能感觉不到自己正在被吞噬，因为在一段时间之内，由于时间变慢的影响，地球的视界(Event Horizon)会低于黑洞的视界，我们看到的东西将会一如寻常。

　　视界之所以叫"视界"，正是因为这是一个事件的边界，边界内发生的事件对于边界外的观察者来说，永远不会发生。

所以，从灾难降临到灾难发生，你会感觉自己向黑洞跌落的过程没有任何异常，就像从高处走向地面一样。