數學解釋空中閃電的紋路 日本, 地球, 美國, 形成

peggy12343

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作者:Bigbear
2002/06/14


"閃電的鋸齒狀分岔與河川的樹枝狀分布極為類似，因為它們兩者的數學模式非常相近。"這一論點是由位於荷蘭的某研究團隊所提出的，他們的工作在於揣測為何閃電的尖端總是會以分歧的形式呈現在我們眼前。其他諸如此類的相似性，例如河川的分支與血管的網狀分布之間的類似，Leonardo da Vinci 因而將河川視為"地球的血管"。
在1980年，科學家發現一種稱為Laplacian的成長過程，其是用來解釋在兩種物質邊界間分支的產生。位於邊界處的微小突起物將會迅速地形成一較長且細小的枝狀物，此即稱為Laplacian 不穩定性。
Arrayas及其同事發現Laplacian不穩定性亦發生於閃電的邊緣處。電子流藉由電流向地面傳輸，從雷雨雲中釋放出電荷。使用電腦模擬計算，此一團隊發現在同一時間下，電子流在尖端處會產生分歧。
在這期間，美國的研究者針對雷雨雲可儲存多少的電能以及需要多少次的雷擊才足以釋放所儲存的電能，作了一初步的預估。Thomas Marshall及Maribeth Stolzenburg發現某些雷雨雲擁有相當日本廣島原子彈二十分之一的能量，然而其卻是以數以千百計的閃電釋放出電能。
原始論文:
1. Arrayas, M., Ebert, U. & Hundsdorfer, W. Sponaneous branching of anode-directed streamers between planar electrodes. Physical Review Letters, In the press (2002).
2. Marshall, T.C.. & Stolzenburg, M. Electrical energy constraints on lightning. Journal of Geophysical Research (Atmospheres), 107, (2002).

類別：

數學

新聞來源：

Sciscape

取材自：

Nature Scienceupdate: Lightning forks illuminated